Камера для измерения параметров СВЧ двухполюсников Советский патент 1986 года по МПК H01L21/66 

3 предусмотрен штуцер, откачивагадий воздух из объема камеры. Съемный патрон (СП) 5 состоит из сосуда Дью ара 6, теплоотвода 7, подогревателя 8, теплопары 9. Сосуд Дьюара имеет силъфоны 10, 1 1 . На СП 5 же.стко закреплен индуктивный эл-т при помощи 2-х расходя1ди: ся в направлении П 1 пластин 13 трапецеидальной формы, параллельные сторрны к-рых контактируют, ;с П 1, 2. ШЙУКТИВНЫЙ эл-т контактирует с углублением в П 2 по- средс т б бй резьбового соединения, а внутри него размещен эталонный зонд 1А, контактируемый с испытуемым образцом 15, размещенным на съемном участке 6 проводника 1, Камера имеИзобретение относится к технике измерения на сверхвысоких частотах и может быть.использовано при разработках, исследованиях и производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений.

На фиг Я изображена конструкция камеры для измерения параметров СВЧ ДБухполюсников , на фиг . 2 - разрез А-А на Лиг.1 ( с боковым оптическим вводом ), на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 1 (с центральным оптическим вводом. на фиг.4 - структурная электрическая схема, поясняющая работу камеры для измерения параметров СВЧ-двух- полюсников.

Камера для измерения параметров СВЧ-двухполюсников содержит отрезок коаксиальной линии с внешним проводником 1 41 внутренним проводником 2. Отрезок коаксиальной линии охвачен тепловой оболочкой 3, которая создает с ним единый герметичный объем. В тепловой оболочке 3 предусмотрен штуцер 4, через который осуществляют откачку воздуха из объема камеры Камера содержит также съемный патрон 5, скрепляемый с фланцем тепловой o6ojto4Kn 3. Съемный патрон 5 со9659

ет оптический ввод (ОВ), закрепленный на оболочке 3 соосно с диафрагмой в виде отверстия, выполненного в П 1 . Внутренние стенки П I и 2 выполнены светоотражающими. В др. варианте ОБ пронизьтают П 1 и 2 навстречу съемному участку 16. В камере имеется трубчатая оправка с микролинзами, к-рые формируют световой поток на фоточувствительную поверхность СВЧ-двухполюсника. При этом эт;1лонный зонд 14 закреплен на стенке оправки с наклоном к оси ОВ. СП 5

W

ввинчивается по резьбовой нарезке на индуктивном эл-те в углубление П2, выполненного перпендикулярно его

оси. 2 3.П. ф-лы, 4 ил.

5

тоит из сосуда Дюара 6, теплопровода 7, подогревателя 8 и теплопары 9. Сосуд Дюара 6 имеет на внутренней и внешней оболочках сильфоны 10 и 1L- Кроме того, на съемном патроне 5 жестко закреплен индуктивный элемент 12 (фиг.2 и 3Jпри помощи двух расходящихся в направлении внешнего проводника 1 пластин 13 трапецеидальной формы, параллельные стороны которых контактируют соответственно с внутренним и внешним проводниками I и 2 отрезка коаксиальной линии.

1

Индуктивный элемент 12 контактирует с углублением во внутреннем проводнике 2 посредством резьбового соединения, а внутри его размещен подпружиненный эталонный зонд 14, кон- 0 тактирующий с испытуемым образцом 15, размещаемым на съемном участке 16 внешнего проводника 1.

Камера имеет оптический ввод 17, 5 закрепленный на тепловой оболочке 3 (фиг. 2 и З) соосно с диафрагмой 18 в виде отверстия, выполненного на внешнем проводнике 1. При этом внутренние стенки внешнего проводника 1 д и внутренний проводник 2 {фиг.1 и 2) отрезка коаксиальной линии выполиены со светоотражающим покрытием, например посеребрены, а пластины 13 уста

новлены вдоль распространення светового потока.

В другом варианте исполнения (фиг.З ) оптический- ввод 17 пронизывет внешний проводник 1 и внутренний проводник 2 навстречу съемному учаску 16 внегшего проводника 1 с испытуемым образцом 15. Причем в камер имеется трубчатая оправка с микролинзами 19, которые формируют свето вой поток на фоточувствительную поверхность СВЧ-двухполюсника. При этом эталонный зонд 14 закреплен на стенке оправки 19 с наклоном к оси

оптического ввода,

IДля создания герметичности объема камеры служит резиновое уплотнение 20, накидная .гайка 21, а также диэлектрические шайбы 22 (фиг.О . Съемный участок 16 контактирует с внешним проводником 1 с помощью тонкостенного кольца 23.

Измерение электрических и оптических параметров СВЧ-двухполюсни- ков осуществляют методом последовательного резонанса эталонного контура, образованного емкостью испытуемого образца 15 (С5)и эталонной индуктивностью (Lg) съемного патрона 5 , при параллельном включении испытуемого образца 15 в линию передачи - СВЧ-камеры при различных температурных и световых воздействиях.

Перед началом измерений испытуемый образец 15 под микроскопом размещают в съемном патроне 5 таким образом, чтобы он одним полюсом соприкасался с теплопроводом 7, а другим - с подпружиненным эталоннь м зондом 14,1 , которые позволяют работать в диапазоне частот,, используемых при измерениях генератора и приемника.

Съёмный патрон 5 ввинчивается по резьбовой нарезке на индуктивном элементе 12 в углубление внутреннего проводника 2, выполненного перпендикулярно его оси. Ввинчивание происходит до упора тонкостен него кольца 23 на внешний проводник 1 , что обеспечивает повторяемость размещения испытуемого образца 15 в зоне внешнего проводника 1 и надежность электрического контакта между ними. При этом в резьбовом соединении выбирается зазор и вместе с тем по спира.пьной нарезке создается

0

5

з

5

протяженный электрический контакт . индуктивного элемента 12 с внутрен- проводником 2 .

Таким образом, ввинчивание съемного патрона 5 во внутренний проводник 2 до упора во внешний проводник 1 обеспечивает повторяемость позиционирования испытуемого образца 1 5 в волноводном пространстве отрезка коаксиальной линии и создает при этом постоянство контактных,усилий и переходных электрических сопротивлений, что повьш1ает. надежность измерений.

Затем закручиванием накидной гайки 21 осугцествляют фиксацию положения съемного патрона 5 на фланце тепловой оболочки 3. При этом через резиновое уплотнение 20 происходит замыкание внутреннего объема камеры по внешней стенке сосуда Дюара 6 и фланцу теповой оболочки 3. Вместе с тем происходит сжатие силь- фона М, принадлежащего наружной стенке сосуда Дюара 6, и растягивание сильфона 10 на внутренней стенке сосуда Дюара 6, компенсирующее сжатие сильфона 1 1.

Тем самым достигается надежная герметизация камеры по линии разъема со съемным патроном 5. Через штуцер А откачивается воздух из объема камеры и создается разряжение 5 рт .ст.

Для измерения параметров испытуемого образца 15 в диапазоне TeNmepa- тур в .сосуд Дюара б заливают жидкий азот,включают подогреватель 8 и после достижения испытуемым образцом 15 заданной температуры, которая фиксируется за счет размещенной в теплопроводе 7 термопары 9, осуществляют измерение его параметров. Для этого камеру 24 электрически соединяют по структурной электрической схеме (фиг.4) с аттенюатором 25, приемником 26, источником 27 постоянного смещения, вольтметром 28 и генератором 29. Измерительный сигнал от генератора 29 поступает через аттенюатор 25 в камеру 24 и регистрируется приемником 26. КСВ камеры 24 составляет около 1,1 и не изменяется при внесении в камеру 24 съемного патрона 5 с испытуемым образ-дом 15 и изменении температур. Напряжение на испытуемый образец 15 подается к клеммам Uc от источника 27

постоянного смещения и регистрируется вольтметром 28.

Измерение и расчет параметров эквивалентной схемы вариантов проводились по следующей методике,

Измерение последовательного сопротивления .

Для каждого значения частоты сигнала, меняя напряжение смещения на испытуемом образце 15 по фиксированному минимуму сигнала приемника 26, находят условие последовательного резонанса. После этого удаляют испытуемый образец 15 из линии передачи и, вводя аттенюатором 25 затухание в линию, добиваются показания -приемника 26, равного при резонансе

Коэффициент потерь в линии передчи, обусловленный включением МДП-ва рактора, определяют по формуле 1

Тре РнуРМг ,

где РИ - мощность в нагрузке без испытуемого образца 15 в линии передачи; РНг мощность в нагрузке при наличии испытуемого образца 15 в линии передачи.

Последовательное соп эотивление R,j рассчитывают по формуле

А 2.

,RSт1:

где Zo - волновое сопротивление линии передачи.

Изменяя частоту сигнала определяют для каждого значения частоты напряжение смещения, при котором наблюдался резонанс, рассчитывают R и строят зависимость 1 от напряжения смещения в исследуемом диапазоне частот.

Определение емкости Cj для различных напряжений смещения.

Для каждой фиксированной частоты входного сигнала находят напряжение смещения, при котором имеет место резонанс и сттэоят зависимость.

VlfРег-- f CV). щ У, .f is. Cs.

Построенная зависимость представляет собой соотношениэ К Cj f (v)

K-Cj- fM,

где величина коэффициента К определяется по известному значению /э подпружиненного эталонного зонда 14

Намерение параметров R, и при различных температурах осуществляется аналогично описанному.

Для определения зависимости

С s l) в зависимости от светового воздействия через оптический ввод 17 подается световой поток. Аналогично описанному снимаются зависимости при спектральной подсветке для определения области спектральной чувствительности МДП-варактора и его оптических характеристик. Такие же зависимости можно получить при

температуре жидкого азота и промежуточных температурах.

Оптический ввод 17, размещенный сбоку от испытуемого образца 15)позволяет за счет отражений от зеркальной цилиндрической поверхности внешнего, проводника 1 направить световой поток на испытуемый образец 15. При этом световой поток на входе в камеру диафрагмируется диафрагмой

18 внешнего проводника 1.

Использование оптического ввода 17 напрямую через внутренний проводник 2 позволяет проецировать с по- . мощью микролинз на фоточувствительную площадку испытуемого образца 15 в виде, например, ПЭС матрицы тесто вое изображение.

Использование в камере двух рас- ходяшлхся в сторону внешнего провод- - ника I пластин 13 трапецеидальной формы-, параллельные стороны которых вписаны соответственно во внутренний и внещний проводники 2 и 1, позволяет повысить эксплуатационные возможности камеры за счет увеличения между пластинами 13 зоны для размещения двухполюсников разных типоразмеров. При этом прочность и устойчивость склоненных Пластин I3 трапецеидальной формы вьш1е чем параллельных, что сказьшается положительно на повторяемости усилий в контактном резьбовом соединении индуктивного элемента 12 с внутренним проводником 2, причем ограничение ввинчивания до упора тонкостенного кольца 23 во фланец внешнего проводника 1 обеспечивает повторяемость позиционирования образцов в волноводном пространстве отрезка коакси;1льной линии и создает вместе с тем постоянное кон- , тактное усилие и переходное электрическое сопротивление по внешнему проводнику 1, что повышает надежность измерений.

Помимо этого в сосуде Дюара 6 наличие сильфонов 10 и 11 позволяет избежать воздействия температурных деформаций на контакт тонкостенного кольца 23 к внешнему проводнику 1 и далее индуктивного элемента 12 - к внутреннему проводнику 2. Это соз- .дает постоянство переходного электрического сопротивления и повьш1ает воспроизводимость и надежность измерений .

Формула изобретения

1.Камера для измерения параметров СВЧ-двухполюсников, содержащая размещенный в тепловой оболочке отрезок 20 коаксиальной линии, съемный патрон, размещенный на внешнем проводнике, состоящий из сосуда Дьюара,который соединен с тепловой оболочкой, внутри сосуда Дьюара расположен теплопровод. 25 снабженный термопарой и подогревателем, подпружиненный эталонный зонд, индуктивный элемент, размещенный в углеблении, выполненном во внутреннем проводнике отрезка коаксиальной линии 30 и связанный со съемным участком внешнего проводника отрезка коаксиальной линии диэлектрическими элементами,- отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных воз- 35 можностей и повьш1ения точности измерений, камера снабжена оптическим вводом, закрепленным на тепловой оболочке, на внешнем проводнике отрезка коаксиальной линии выполнена до

A0

5

0 5 0

диафрагма в виде отверстия, расположенная соосно с оптическим вводом, при этом индуктивный элемент контактирует со стенками углубления посредством резьбового соединения, а съемный участок контактирует с внешним проводником посредством введенного тонкостенного кольца, установленного соосно с теплопроводом и соединенного посредством введенного сильфона с внешней стенкой сосуда Дьюара, внутренняя стенка которого выполнена в виде сильфона, при этом, диэлектрические элементы вьшолнень в виде двух расходящихся в направлении внешнего проводника пластин трапецеидальной формы, параллельные стороны которых контактируют соответственно с внутренним и внешним проводниками, а внутренняя стенка внешнего проводника и внутренний проводник отрезка коаксиальной линии выполнены светоотражающими.

2,Камера по п.1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что оптический ввод расположен на поверхности тепловой оболочки, противолежащей поверхности тепловой оболочки, на которой . крепится съемный патрон, а его ось перпендикулярна оси теплопровода.

3.Камера поп.1,отличаю- щ а я с я тем, что ось оптического : ввода совпадает с осью теплопровода, при этом индуктивный элемент выполнен с отверстием, ось которого совпадает с осью оптического ввода, в отверстии расположены микролинзы,

а эталонный зонд прикреплен наклонно к оси оптического ввода.

к

23

18

1239659 I

/5

/7

W

3

Фмг.

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ. Распшряются функциональные возможности устр-на и повьшается точность измерений. Камера содержит отрезок коаксиальной линии с внешним проводником (П) 1 и внутренним П 2, В тепловой оболочке (Л ю со Од СП со Фиг.1