淺述射頻微波集成電路在片去嵌技術

吳健 南京恒電電子有限公司

淺述射頻微波集成電路在片去嵌技術

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去嵌技術能夠用來對射頻微波集成電路進行在片測試，本文對開路去嵌法以及開路短路去嵌法這兩種去嵌技術進行介紹，進行了去嵌結果的比較，并兩者的適用范圍進行了說明。

在片測試 測試結構 開路短路去嵌

近年來，以CMOS技術為依托的集成電路在射頻微波電路中已經得到應用[1,2]。為加快集成電路產品的設計和上市，在設計時需要采用精密的射頻微波器件模型來保證產品的有效性。為了對被測器件的微波特性進行測量，可以在晶圓上設計一個測試結構來對被測器件（DUT）的散射S參數進行測量，測試結構能使DUT和GSG微波探針（GSG Probe）被連接起來，包括三個組成部分：探針焊盤（Probe Pads）、被測器件和金屬互連線。探針與被測器件通過探針焊盤進行連接，而探針焊盤又通過金屬互連線與被測器件進行連接。焊盤使測試結構產生寄生電容，互連線又使其產生寄生電阻和電感。所以，在表征微波器件特性的時候必須將焊盤和互連線帶來的影響從S參數中剝離，該步驟為去嵌。將S參數去嵌后所得數據反映出的電氣特性更加準確[3]。

1 去嵌方法

1.1 開路去嵌法

開路去嵌法在1987年由P．J．van Wijnen提出，此法不但考慮了焊盤與接地面的并聯寄生效應，還對輸入輸出耦合效應也加以考慮，其在小于10GHz頻率的在片測量中有理想的應用效果，目前應用仍然普遍。首先測量S參數，被測器件得到SDUT，開路測試結構得到SOPEN，將兩者換算為Y參數矩陣，分別得到YDUT，和YOPEN，接著被測器件自身的Y參數矩陣就能通過公式算出，該器件的等效電路模型就可以按照YINT來建立：

YINT=YDUT-YOPEN

1.2 開路短路去嵌法

當工作頻率升高時，互連線所導致的串聯寄生阻抗有著顯著的影響，而開路去嵌法卻忽略了這點，由此開路短路去嵌法被提出。此法在開路測試結構的基礎上增加了短路測試結構，兩者相互獨立。此結構通過直接短路測試結構與被測器件的三個連接點來完成。

（1）首先測量S參數，被測器件得到SDUT，開路測試結構得到SOPEN，短路測試結構得到SSHORT，將三者換算為Y參數矩陣，分別得到YDUT、YOPEN和YSHORT，接著采用以下公式來從中剝離焊盤寄生效應：

YDUT_O=YDUT-YOPEN

YSHORT_O=YSHORT-YOPEN

（2）此時的Y參數矩陣YDUT_O指的是從被測器件中剝離焊盤寄生效應而得到的Y參數，然而互連線寄生阻抗仍然存在。YSHORT_O指的是從短路測試結構中剝離焊盤寄生效應而得到的Y參數。將兩個Y參數轉換成Z參數矩陣后再從中剝離互連線阻抗：

ZINT=ZDUT_O-ZSHORT_O

此時可以獲得被測器件的Z參數矩陣ZINT，該器件的等效電路模型就可以按照轉換得到的YINT來建立。

2 去嵌方法比較

兩種去嵌方法去嵌之前和去嵌之后的參數Y11和Y22的曲線如圖2所示。MOSFET為0．13μm的柵長和5μm的柵寬，柵指數是4。由比較曲線可知，對于兩種方法而言，去嵌之前和之后所得數據都有著顯著的差異，這說明測試結構對射頻微波MOSFET模型有很大的影響，必須將之消除。并且，我們發現，當工作頻率不超過10GHz時，兩種方法去嵌后所得數據差別很小，這是因為低頻率時互連線自身的寄生效應小至可忽略。然而，頻率慢慢增大，互連線自身的寄生效應也在逐漸增大，兩種去嵌方法所得去嵌后數據間有著越來越大的差別。所以，在實際工作中，對于大于10GHz的工作頻率，去嵌只能通過開路短路去嵌法來進行。

圖1 去嵌方法對比圖（a）兩種去嵌方法去嵌前后參數Y11對比曲線；（b）兩種去嵌方法去嵌前后參數Y22對比曲線

3 結論

為了更好地對射頻微波MOSFET特性進行表征，本文對開路去嵌法和開路短路去嵌法這兩種去嵌方法進行了詳細的介紹。此外，對兩者的去嵌精度進行了比較，當在不超過10GHz的頻率下工作時，兩種方法得到的去嵌結果比較一致，而在超過10GHz的頻率下工作時則必須通過開路短路去嵌法去嵌。

［1］Kenneth H. K. Yau, Eric Dacquay, Ioannis Sarkas, et al., Device and IC Characterization above 100GHz[J]. Microwave Magazine, IEEE, vol. 13, pp. 30-54, 2012.

［2］G. Crupi and D. Schreurs, Microwave De -embedding:From Theory to Applications [M]. Academic Press, 2013.

［3］程 加 力.射 頻 微 波 MOS 器 件 參 數 提 取 與 建模 技 術 研 究[D].華 東 師 范 大 學, 2012.

吳健，1989.10，男，漢，鹽城建湖，本科，助理工程師，目前從事微波射頻電路方面的研究。