Камера для измерения параметров СВЧ-двухполюсников Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 G01R31/28 

(54) КАМЕРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может использоваться при разработках и исследованиях полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известна измерительная водноводная камера для измерения параметров эквивалентной схемы р-п переходных варакторов в корпусе в диапазоне час тот 8,2-12, ГГц методом последовательного резонанса при параллельном включении образца в линию передачи.

Измерительная волноводная камера представляет собой суженный до размера изолятора варакторного патрона отрезок волновода, в котором, в самом узком месте проделаны отверстия для помещения и крепления корпуса патрона с варактором l.

Недостатками волноводной камеры являются невозможность измерения бескорпусных диодов, проведение измерений в широком диапазоне температур и возникновение погрешности в измерениях за счет шунтирующего действия изолятора патрона.

Известна также измерительная коаксиальная камера, представляющая собой отрезок коаксиального перехода, в котором диод устанавливается между внутренним и наружным проводниками, а измерения проводятся также методом последовательного резонанса при параллельном включении диода в линию передачиГ21.

Недостатки коаксиальной камеры невозможность проведения измерений параметров эквивалентной схемы приборов без корпуса и проведение измерений в широком диапазоне температур.

Наиболее близким к предлагаемому является камера для измерения пара20метров СВЧ-двухполюсников, содержащая отрезок коаксиальной линии и дополнительный индуктивный элемент в виде металлического цилиндра ,3J. 39 Однако известная камера не позволяет измерять параметры сверхвысокочастотных двухполюсников, не имеющих индуктивных вводов. Цель изобретения - измерение пари метров СВЧ-двухполюсников, не имеющих индуктивных вводов, и увеличение производительности измерений, а так же обеспечение измерений в широком диапазоне температур. Поставленная цель достигается тем, что в камеру введен эталонный индуктивный элемент в виде металлического проводника, один конец кото рого соединен с дополнительным индуктивным элементом, установленным с; возможностью съема в отверстии, выполненном во внутреннем проводнике отрезка коаксиальной линии, перперпендикулярно его оси, а другой прижат к безиндуктивному вводу исследуемого СВЧ-двухполюсника, причем эталонный индуктивный элемент жестко соединен при помощи диэлектри ческих призм с участком внешнего проводника отрезка коаксиальной линии, который также выполнен объемным. Кроме того, на концах отрезка, коаксиальной линии герметично устано лены диэлектрические шайбы, а на съемном участке внешнего проводника отрезка коаксиальной линии установле сосуд Дьюара, в котором размещен теп лопровод с подогревателем, контактирующий с другой поверхностью исследуемого СВЧ-двухполюсника, причем в съемном участке внешнего проводника отрезка коаксиальной линии между теп лопроводом и внешней стенкой сосуда Дьюара выполнены отверстия, а внешний проводник отрезка коаксиальной линии снабжен штуцером для откачки воздуха. Внешний проводник отрезка коаксиальной линии выполнен тонкостенным и металла с низкой теплопроводностью, покрытого пленкой металла с высокой электропроводностью, например из нержавеющей стали, покрытой серебром Кроме того, внешний проводник отрезка коаксиальной линии выполнен из диэлектрика с низкой теплопроводностью, покрытого пленкой металла с высокой электропроводностью, наприме кварца, покрытого пленкой серебра. На чертеже приведена конструкция камеры. 4 Камера содержит отрезок коаксиальной линии с внешним проводником 1 и внутренним проводником 2, дополнительный индуктивный элемент 3, эталонный индуктивный элемент , жестко соединенный при помощи диэлектричес- ких призм 5 с участком 6 внешнего проводника 1,который выполнен съемным, на концах отрезка коаксиальной линии установлены диэлектрические шайбы 7, сосуд Дьюара 8 с теплопроводом 9 и подогревателем 10, внешний проводник 1 снабжен штуцером 11 и покрыт тепловой рубашкой 12. Измерение параметров эквивалентной схемы различных двухполюсников, например криогенных варакторов СВЧдиапазона на основе структур диэлектрик - арсенид индия, с помощью данной камеры осуществляется следующим образом. Изменением частоты СВЧ-сигнала генератора на измеряемом образце 13 устанавливается резонанс последовательного контура по минимуму мощности, проходящей в нагрузку. В этом случае последовательное эквивалентное сопротивление образца равно где Zo волновое сопротивление отрезка коаксиальной линииf Т - коэффициент передачи. т - Р где PJ - - мощность в нагрузке при отсутствии образца в линии передачи; Pj, - мощность в нагрузке при уело условии последовательного резонанса контура. Емкость Cg образца вычисляется о значению эталонной индуктивности и частоты последовательного реонансаТаким образом определяются параметы последовательной эквивалентной хемы двухполюсника, не имеющего инуктивного ввода. Для измерения параметров образ- а 13 а диапазоне температур в сосуд ьюара 8 наливают жидкий азот. После остижения образцов температуры жидого азота, которая контролируется апряжением термопары U-|- , проводит5ся измерение R, и С образца, после чего на тепловую рубашку 12 подается напряжение U,. и „ г, снимается последовательно зависимость R и Сг от температуры образца в пределах 77К-500К. Точность измерений емкости при применении данной камеры на частоте 1-2 ГГц, определенная с помощью срав нительных измерений с помощью моста RX-250, составляет 2%, Для уменьшения КСВ и теплопередач от теплопровода к внутреннему и внеш нему проводникам 2,1 отрезка коаксиальной линии, влияющего на парамет ры коаксиала и соединительных кабелей, а также на достижение минимальной температуры, внешний проводник 1 выполнен тонкостенным из нержавеющей стали, покрытой изнутри серебром горячим серебрением (или из кварца, покрытого внутри серебром), проводник индуктивности изготовлен из платины, обладающей низкой теплопроводностью, но хорошей электропроизводностью, а в качестве материала диэлектрических призм 5, используется кварц. Для увеличения прочности на кручение вместо кварцевых прямых призм 5 используются два отрезка усеченного диэлектрического цилиндра с основаниями, вписанными в дополнительный индуктивный элемент 3. : Герметизация диэлектрических призм 5 осуществляется пайкой серебряным припоем по предварительно металлизированному поясу диэлектрической призмы 5Применение данной камеры позволяет проводить измерения параметров не только приборов,но и тестовых структур в широком интервале температур с высокой оперативностью, что позволяет существенно ускорить разра ботку СВЧ-приборов, например криоген ных МДП-варакторов, ввести промежуто ный операционный контроль структур и повысить процент выхода годных. Данная камера позволяет также производить исследования структур и при боров в широком диапазоне температур на СВЧ вплоть до 10 ГГц, Формула изобретения 1, Камера для измерения параметров СВЧ-двухполюсников, содержаи1ая отрезок коаксиальной линии и дополнительный индуктивный элемент в виде металлического цилиндра, о т л и l1ч а ю щ а Я С Я тем, что, с целью измерения параметров СВЧ-двухполюсников, не имеющих индуктивных вводов, и увеличения производительности измерений, введен эталонный индуктивный элемент в виде металлического проводника, один конец которого соединен с дополнительным индуктивным элементом, установленным с возможностью съема в отверстии, выполненном во внутреннем проводнике отрезка коаксиальной линии, перпендикулярно его оси, а другой прижат к безиндуктивному вводу исследуемого СВЧ-двухполюсника, причем эталонный индуктивный элемент жестко соединен при помощи диэлектрических призм с участком внешнего проводника отрезка коаксиальной линии, который также выполнен съемным, 2,Камера поп,1,отличающ ая с я тем, что, с целью обеспечения измерений в широком диапазоне температур, на концах отрезка коаксиальной линии герметично установлены диэлектрические шайбы, а на съемном участке внешнего проводника отрезка коаксиальной линии установлен сосуд Дьюара, в котором размещен теплопровод с подогревателем, контактирующий с другой поверхностью исследуемого СВЧ-двухполюсника,причем в съемном участке внешнего проводника отрезка коаксиальной линии между теплопроводом и внешней стенкой сосуда Дьюара выполнены отверстия, а внешний проводник отрезка коаксиальной линии снабжен штуцером для откачки воздуха, 3,Камера по пп,1и2, отличающаяся тем, что внешний проводник отрезка коаксиальной линии выполнен тонкостенным из металла с низкой теплопроводностью, покрытого пленкой металла с высокой электропроводностью, например из нержавеющей стали, покрытой серебром, к Камера по пп,1и2, отличающаяся тем, что внешний проводник отрезка коаксиальной линии выполнен из диэлектрика с низкой теплопроводностью, покрытого пленкой металла с высокой электропроводностью например кварца, покрытого пленкой серебра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Deloach В.С, 1Ш-. Transactions on Nnr, V, 15, 1964, n, 15-20. . 7 2. Suire P.I. Annales de Radioelectricite, v. XXI, № 86, 1966, p. 329-336. 9 36118 3. Авторское свидетельство СССР If 35223, кл. G 01 R 27/02, 1972 (прототип).