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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張簡民佑
研究生(外文):Min-Yu Chang-Chien
論文名稱:LST寬頻校正技術精準度之改進及其在晶圓毫米波元件特性參數量測之應用
論文名稱(外文):Accuracy improvement for LST calibration technique with applications of on-wafer device characterizations in millimeter wave regions
指導教授:黃建彰黃建彰引用關係
指導教授(外文):Chien-Chang Huang
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:通訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:LST 寬頻校正 改良式LST
外文關鍵詞:LST broadband Accuracy improvement for LST
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本篇論文改良了LST(Line-Series-shunT)校正方法電阻必須為集總元件(Lumped device)的限制,並且實現於GaAs 0.15um p-HEMT晶圓元件S參數量測上,此外,也計算出其傳輸線之特性阻抗,藉由特性阻抗轉換的方法,求出最後待測物實際的真正特性,達到LST寬頻校正精準度之改進。另外,也利用原始電阻假設的LST校正方法為基礎,經自我校正運算,求得其傳輸線之特性阻抗,並且應用於TSMC 0.18um CMOS晶圓毫米波元件之特性量測,以證實此方法的可行性。
This thesis improves the LST(Line-Series-shunT) calibration technique of resistor which must be lumped device, and can be achieves for on-wafer S-parameter measurement of GaAs 0.15 p-HEMT devices. In addition, characteristic impedance of the transmission line also is be evaluated. The DUT of real characteristic data finally can be extracted by the method of characteristic impedance mapping. Goal of the thesis is completed for accuracy improvement for LST calibration technique. Besides, original LST calibration technique presents a method of getting characteristic impedance of the transmission line by self-calibration. The method is be demonstrated for on-wafer S-parameter measurement of TSMC 0.18 CMOS devices in millimeter wave regions.
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 論文結構 2

第二章 微波網路之概念 3
2.1 毫米波元件之特性 3
2.2 微波網路分析 3
2.2.1 阻抗矩陣與導納矩陣 4
2.2.2 ABCD矩陣 5
2.2.3 S散射參數矩陣 6
2.2.4 T參數(R參數)矩陣 8

第三章 LST寬頻校正技術精準度之改進 11
3.1 簡介 11
3.2 牛頓法與準牛頓法 12
3.2.1 牛頓-拉夫森法 12
3.2.2 牛頓法優點 13
3.2.3 牛頓法缺點 14
3.2.4 多維度牛頓法 15
3.2.5 準牛頓法 16
3.3 突破電阻假設之探討 16
3.4 校正器未知參數萃取 18
3.5 去嵌化技術(De-Embedding) 26
3.5.1 簡介 26
3.5.2 求解誤差校正盒之未知散射參數 27
3.5.3 De-Embedding 31
3.6 特性阻抗轉換技術 32
3.7 整體設計架構 34
3.7.1 Line-Series-Shunt (LST) 校正件 34
3.7.2 p-HEMT主動元件待測物 35
3.7.3設計流程 36
3.7.4設計準則及模擬結果 36
3.8 量測結果 40
3.8.1 設計實現 40
3.8.2 量測架設及流程 42
3.8.3 傳輸線特性阻抗 43
3.8.4 量測資料 43
3.8.5 LST精準前後量測比較 46

第四章 利用LST求傳輸線之特性阻抗 48
4.1 簡介 48
4.2 特性阻抗之探討 48
4.3校正器未知參數之萃取 49
4.3.1校正理論 49
4.3.2求解誤差校正盒之未知散射參數 55
4.4整體設計架構 56
4.4.1 簡介 56
4.4.2 模擬結果 58
4.5 量測結果 60
4.5.1 設計實現 60
4.5.2 量測結果與比較 62
第五章 結論 64
參考文獻 65


圖目錄

圖2.1 多埠網路 4
圖2.2 雙埠網路 5
圖2.3 ABCD矩陣單一雙埠網路 5
圖2.4 ABCD矩陣兩級串接雙埠網路 6
圖2.5 S參數雙埠網路 7
圖2.6 T參數矩陣兩級串接雙埠網路 9
圖3.1 一任意曲線函數 12
圖3.2 反曲點函數圖形 14
圖3.3 (a)串聯電路模型 (b)並聯電路模型 17
圖3.4 (a)精準後串聯電路模型 (b)精準後並聯電路模型 17
圖3.5 誤差模型之訊號流程圖 18
圖3.6 LST校正器簡圖 18
圖3.7 整體量測環境串接圖 26
圖3.8 傳輸線特性阻抗和頻率圖 32
圖3.9 整體量測的雙埠網路 33
圖3.10 Line-Series-shunT(LST)校正件示意圖 34
圖3.11 p-HEMT場效電晶體元件待測物示意圖 34
圖3.12 設計流程圖 36
圖3.13 ADS Momentum傳輸線模擬示意圖 37
圖3.14 50歐姆傳輸線S11(Smith chart) 38
圖3.15 50歐姆傳輸線S11, S21 38
圖3.16 S21相位模擬結果 39
圖3.17 LST校正件空拍圖 40
圖3.18 晶片雷射切割空拍圖(局部) 41
圖3.19 晶片雷射切割空拍圖 41
圖3.20 晶片雷射切割前S參數量測值(THRU) 42
圖3.21 量測架設示意圖 42
圖3.22 GaAs傳輸線特性阻抗 43
圖3.23 標準化串聯電阻 44
圖3.24 標準化並聯電阻 44
圖3.25 p-HEMT device之S11與S22 45
圖3.26 p-HEMT device之S21與S12 46
圖3.27 p-HEMT device精準度前後之S11與S22 47
圖3.28 p-HEMT device精準度前後之S21與S12 47
圖4.1 二階段校正法示意圖 49
圖4.2 L-OS-OT校正器簡圖 50
圖4.3 L-OS-OT(Offset LST)校正件 57
圖4.4 待測物NMOS FET 電子元件 57
圖4.5 ADS Momentum傳輸線設計圖 58
圖4.6 S11 Smith chart模擬結果 59
圖4.7 S11與S21模擬結果 59
圖4.8 S21相位模擬結果 60
圖4.9 0.18電路佈局圖與晶片實體圖 61
圖4.10 0.18傳輸線特性阻抗 62
圖4.11 0.18傳輸線特性阻抗比較圖 62
圖4.12 FET之S11與S22比較圖 63
圖4.13 FET之S21與S12比較圖 63


表目錄

表2-1 精準電阻3方程式比較表 21
[1] G. F. Engen and C. A. Hoer, “Thru-reflect-line: an improved technique for calibrating the dual six-port automatic network analyzer,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MTT-27, pp. 987-993, Dec. 1979.
[2] R. Doerner and A. Rumiantsev, “Verification of the wafer-level LRM+ calibration technique for GaAs applications up to 110 GHz,” in Proc. 65th ARFTG Conf., June 2005.
[3] H. J. Eul and B. Schiek, “Thru-match-reflect: one result of a rigorous theory for de-embedding and network analyzer calibration,” in Proc. 18th European Microwave Conf., 1988, pp. 909-914.
[4] R. Davison, K. Jones, and E. Strid, “LRM and LRRM calibrations with automatics determinations of load inductance,” in Proc. 36th ARFTG Conf., 1990, pp. 84-91.
[5] M. H. Cho, G. W. Huang, L. K. Wu, C. S. Chiu, Y. H. Wang, K. M. Chen, and H. C. Tseng, “A shield-based three-port de-embedding method for microwave on-wafer characterization of deep-submicrometer silicon MOSFETs,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MTT-53, pp. 2926-2934, Sept. 2005.
[6] C.-C. Huang and H.-C. Lin, “A novel calibration algorithm with unknown line-series-shunt standards for broadband S-parameter measurements,” IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 57, pp. 891-896, May 2008.
[7] R. Ludwing and P. Bretchko, RF Circuit Design, Prentice-Hall, 2000.
[8] 楊允仁,〈一項量測S-參數之改良型TRL校準方法〉,台灣大學碩士論文,1995。
[9] H.J. Eul and B. Schiek, “A Generalized Theory and New Calibration Procedures for Network Analyzer Self-Calibration,” IEEE Transactions on Microwave Theory Tech., vol. 39, pp. 724-731, Apr. 1991.
[10] 施澄鐘,〈數值分析〉,松崗電腦圖書資料股份有限公司,1982,pp.58-62
[11] 張耀祖,白煌朗,方偉平,<數值分析>,松崗電腦圖書資料股份有限公司,1987,pp.149-150
[12] 戴義國,蔡新春,<數值分析>,文京圖書有限公司,1989,pp.83-85
[13] C. A. Desoer and E. S. Kuh, Basic Circuit Theory, MaGraw-Hill, Inc., NY, 1969, pp. 735-741.
[14] 戴裕國,〈微波頻帶之介質常數量測〉,台灣大學碩士論文,1991。
[15] R. B. Marks and D. F. Williams, “Characteristic impedance determination using propagation constant measurement,” IEEE Microwave Guided Wave Lett., Vol. 1, pp. 141-143, June 1991.
[16] D. F. Williams and R. B. Marks, “Transmission line capacitance measurement,” IEEE Microwave Guided Wave Lett., Vol. 1, pp. 243-245, Sept. 1991.
[17] R. E. Collin, Foundations for Microwave Engineering, 2nd Edition, McGRAW-HILL, New York, 1992, pp. 268-276
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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