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《美国国家标准与技术研究院 （NIST）使用四通道矢量网络分析仪测量四端子对电容频率依赖的不确定性》

  • 编译者： 张宇
  • 发布时间：2025-05-09

  • 近日，美国国家标准与技术研究院 （NIST） 为其客户提供的四端子对 （4TP） 空气电容器的频率依赖性校准服务进行了全面升级。过去，这项校准服务是使用双通道矢量网络分析仪进行的，需要通过一条刚性7mm微波线与标准件进行9种不同的连接。新方法简化了测量过程，因为每个标准件只需通过四根同轴线缆连接到四通道网络分析仪即可完成整个测量过程。由于 4TP 的定义，测量对连接器和单个散射参数的依赖性比其他S参数测量要小得多，因此不确定度也较低。

    该校准服务更新的详情已于2025年3月31日发表在《Metrologia》期刊中。（DOI：10.1088/1681-7575/adc39e）

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  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）旨在通过减少扫描电子显微镜（SEM）的不确定度来增强其实用性》
    • 编译者：张宇
    • 发布时间：2025-05-30
    • 使用扫描电子显微镜（SEM）的电子束辅助成像技术来检测微型芯片上最微小的缺陷，长期以来一直是半导体行业健康发展的基石。但是，随着该行业不断将芯片组件小型化（对于计算机、植入式药物分配器、手机和其他新型设备的研发至关重要），对SEM图像中更详细信息的需求也在不断增加。 尽管扫描电子显微镜（SEM）精细的原子级分辨率几乎没有改进的余地，但美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员在CHIPS测量计划的资助下，已开始一项多年研究，旨在减少基于SEM图像数据的测量结果中的不确定性。为此，NIST物理学家约翰·维亚鲁比亚（John Villarrubia）及其同事正在开展一系列实验，研究人员企图让SEM中的电子从不同的材料上散射。该研究团队希望通过将散射实验的结果与理论值进行比较，从而在SEM图像和所研究对象的特征之间建立更精确的联系。 扫描电子显微镜（SEM）通过用一束聚焦的电子束扫描样品表面来生成样品的原子级分辨率的图像。电子束与样品之间的相互作用会生成从样品中逸出的具有广泛能量范围的额外电子。其中能量最低的电子，称为次级电子，对于创建SEM图像至关重要，因为它们来自于样品表面或表面以下不远处，并且携带有关表面特征的大部分信息。能量更高的电子（能量超过50电子伏特的电子）对表面的敏感性较低，因为它们中的大多数由来自源光束的电子组成，这些电子因与材料深处的原子核碰撞而被反向散射。 确定究竟产生了多少次级电子，以及探测器实际记录了多少次级电子，是正确解读扫描电子显微镜（SEM）图像的关键。然而，精确计算这两个数字并非易事。 例如，从样品凹陷处产生的次级电子可能会被周围的材料重新吸收，而不是到达检测器。另一方面，从倾斜区域逸出的次级电子比水平区域更多。为了正确解读扫描电子显微镜（SEM）图像数据中表面特征的真实大小和形状，必须考虑这些影响。然而，物理学家们对电子散射过程，特别是在低能级下的散射，知之甚少，这就导致在对扫描电子显微镜（SEM）生成的图像数据进行解读时存在很大的不确定性。 “由于我们对电子散射的知识很欠缺，并且可能还存在一些错误认知，因此计量学家用来解读扫描电子显微镜（SEM）图像的数学模型也会存在这些问题，” Villarrubia说。 为了确保他们全面考虑了SEM图像中的所有次级电子因素，他与他的NIST合作者奥尔加·里德泽尔（Olga Ridzel）和格伦·霍兰德（Glenn Holland）设计了一个更简单但新颖的散射实验。在他们的研究中，将有一束电子撞击样品表面，产生次级和反向散射电子，就像扫描电子显微镜（SEM）的工作方式一样。 但是，该实验在两个重要方面与扫描电子显微镜（SEM）研究有所不同。首先，该样品表面被制造成完全平坦的状态，这使得分析散射电子的强度和能量变得更加容易。其次，样品将被放置在一个被称为延迟场分析仪（RFA）的装置中，该装置可以根据能量过滤反向散射电子和次级电子。通过调整滤波器，使得只有高于某一特定阈值能量的电子才能到达探测器，该操作可以高精度地测量次级电子的总数，以及特定能量范围内的次级电子数。 该团队计划使用在扫描电子显微镜（SEM）工作范围内的不同光束能量重复这些测量。研究人员还将对以不同角度倾斜的平坦表面的样品进行相同的测量，以评估改变斜率将如何影响收集到的电子数量。 然后，科学家们将把他们的测量结果与各种电子散射理论模型的预测结果进行比较。Villarrubia说，其中一种可能性是，现有的某个模型可能被证明是正确的。但他指出，更有可能的是，这种比较的结果“会证明即使是我们最好的物理模型依然是不准确”。最后，这些新数据将成为改进新的和现有的电子散射模型的基础数据集，以便该团队用这些新数据对电子散射实验的结果进行比较研究。 一旦研究人员确定了最佳模型，就可以将其应用于利用电子显微镜（SEM）的电子束扫描晶体管或其他具有不规则表面的芯片组件时发生的更复杂的散射过程的研究。 企业用户最终将可以确信他们所依赖的扫描电子显微镜（SEM）图像能够真正确定样品表面裂缝的实际大小、或者仅相当于十个氢原子大小的孔的宽度，乃至集成电路中逻辑门的形貌等等。
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  • 《EMPIR项目发布矢量网络分析仪（VNA）评估指南，以帮助波导相关标准的采用》
    • 来源专题：计量基标准与精密测量
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2024-04-18
    • 从2012年到2016年，IEEE发布了高频波导标准。EMPIR NeWITT项目支持他们的采用 许多现有和新兴技术，如自动驾驶汽车、智慧城市、射电天文学和气候变化监测，都在使用100 GHz及以上的电磁系统频率。在电信领域，5G网络的频率最高可达90ghz，后续几代将达到更高的极限。 重要的是，这些系统必须遵守国际标准，不仅要保证网络中的兼容性，而且要确保必须满足电磁信号水平的限制，例如信号必须低于某一水平，以便不干扰其他信号或不危害人类健康。 高频电路(SIB62, HFCircuits)中新型电测量量的EMRP项目Metrology的一个关键输出是IEEE 1785系列标准的重要输入，该系列标准详细说明了在110 GHz或更高电磁频率下工作的矩形波导的规格、尺寸和接口。波导在几乎所有的电子或光学系统中都很重要，因为它们确实将信号“引导”到正确的通道。例如，一种常用的光波导是光纤。 此外，该项目还对EURAMET校准指南12关于矢量网络分析仪(VNA)评估的更新(V3)做出了贡献。 这些标准解决了与更高水平频率相关的所有问题，但到目前为止，许多最终用户要么不知道这些标准，要么发现一些部分(如文档中推荐的波导接口设计)比过去更复杂，这阻碍了一些人对现有系统进行调整。 为了解决这些问题，EMPIR项目新波导接口用于太赫兹技术(17SIP08, NeWITT)被启动。 随着新的波导设计可能用于IEEE标准的未来修订，该项目发布了一个良好的实践指南，在100 GHZ以上的频率下制作矩形波导连接，以帮助采用这些标准。为了支持新指南，该项目发布了一个包含用于指南的测试测量结果的数据集。 该项目还制作了用MATLAB编写的免费软件，根据机械尺寸和公差数据，根据IEEE 1785系列标准，计算连接波导的电气性能。截至2023年12月，该指南已被下载超过3000次，这表明IEEC 1785标准在该领域的重要性。 本项目的良好实践指南和软件将促进IEEE 1785系列标准的采用，使制造商更快、更有效地调整其产品，并减少不兼容问题。从长远来看，这将提高高频网络的兼容性，并使欧洲在这一不断增长的领域具有竞争力。 该EMPIR项目由欧盟“地平线2020”研究与创新计划和EMPIR参与国共同资助。 EMRP联合研究项目是EURAMET欧洲计量研究计划的一部分。该方案由欧洲区域经济体系内参与该方案的国家和欧洲联盟共同资助。
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