Although the design of Multistage testing (MST) has received increasing attention, previous studies mostly focused on comparison of the psychometric properties of MST with CAT and paper-and-pencil (P&P) test. Few studies have systematically examined the number of items in the routing test, the number of subtests in a stage, or the number of stages in a test design to achieve accurate measurement in MST. Given that none of the studies have identified an ideal MST test design using polytomously-scored items, the current study conducted a simulation to investigate the optimal design for MST using generalized partial credit model (GPCM). Eight different test designs were examined on ability estimation across two routing test lengths (short and long) and two total test lengths (short and long). The item pool and generated item responses were based on items calibrated from a national test consisting of 273 partial credit items. Across all test designs, the maximum information routing method was employed and the maximum likelihood estimation was used for ability estimation. Ten samples of 1,000 simulees were used to assess each test design. The performance of each test design was evaluated in terms of the precision of ability estimates, item exposure rate, item pool utilization, and item overlap. The study found that all test designs produced very similar results. Although there were some variations among the eight test structures in the ability estimates, results indicate that the performance overall of these eight test structures in achieving measurement precision did not substantially deviate from one another with regard to total test length and routing test length. However, results from the present study suggest that routing test length does have a significant effect on the number of non-convergent cases in MST tests. Short routing tests tended to result in more non-convergent cases, and the presence of fewer stage tests yielded more of such cases than structures with more stages. Overall, unlike previous findings, the results of the present study indicate that the MST test structure is less likely to be a factor impacting ability estimation when polytomously-scored items are used, based on GPCM. / text

This work discusses a methodology developed for robust RF test structure design for SiGe HBTs operating at mm-wave frequencies.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Charakterisierung von Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten dargestellt. Sie erlaubt, funktionsrelevante Parameter und deren Schwankungen produktionsbegleitend auf Waferlevel zu ermitteln. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Sollform der Struktur und die Abweichungsarten bekannt sind. Die Methode beruht auf dem Vergleich von numerisch berechneten mit experimentell ermittelten Eigenfrequenzen der untersuchten Mikrosysteme. Dazu wird die Abhängigkeit verschiedener Eigenfrequenzen von den gesuchten Parametern mittels einer Parametervariationsanalyse berechnet und durch eine geeignete Funktion angenähert. Die Messung der dynamischen Eigenschaften erfolgt mit Hilfe eines Bewegungsanalysators, der auf einem Laser-Doppler-Vibrometer basiert. Im letzen Schritt werden die gesuchten Parameter berechnet. Kernpunkt der entwickelten Methode sind Messungen auf der Basis von speziellen Teststrukturen, die im Waferlayout neben den eigentlichen Nutzstrukturen platziert sind und parallel mit den Nutzstrukturen prozessiert werden. Es werden Algorithmen zur Generierung des Designs der Teststrukturen und ihrer Platzierung im Waferlayout entwickelt. Dabei werden das Design der Nutzstruktur und deren funktionsrelevante Parameter, der technologische Ablauf und materialspezifische Kennwerte berücksichtigt. Im Ergebnis liegt eine Bibliothek von Standard-Teststrukturen vor, die für produktionsbegleitende Messungen sowie für die Übertragbarkeit der Ergebnisse geeignet sind. Außerdem werden allgemeingültige Richtlinien zur Durchführung der Messungen an den Standard-Teststrukturen abgeleitet. Das Messverfahren wurde an unterschiedlichen Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten überprüft und zu einer allgemeinen Messmethode für diese Klasse von Mikrosystemen erweitert. / In this work a method for the characterization of microsystems with movable components is presented. The method allows to determine the relevant parameters and their variations on wafer level if the nominal shape of the structure and the type of deviations are known. The method is based on a comparison of the numerically calculated and experimentally measured Eigenfrequencies of the microsystems. For that purpose, the relationships between various Eigenfrequencies and the searched parameters are calculated by parameter variation analysis and the results of this analysis are approximated with appropriate functions. A Laser Doppler vibrometer based motion analyzer is used to determine the frequency response function of the micromechanical structure and extract Eigenfrequencies. The comparison of the measured and the calculated frequencies provides values for the searched parameters. The key element of the developed method is the measurement on special test structures that are placed in the wafer layout next to the actual microsystems and processed in the same technological process parallel to the actual microsystems. Algorithms for designing the test structures and their placement in the wafer layout are shown, taking into account the design of the actual microsystems and the function parameters of the technological process as well as material characteristics. As a result, a library of standard test structures for function relevant parameters is available. A general guideline for the measurement on the test structures is presented. The presented method is verified on various microsystems and extended to a whole class of microsystems with movable components.

Ces travaux de thèse portent sur l’étude des solutions innovantes de caractérisation destinées à l’amélioration de la précision du schéma équivalent petit signal à des fréquences d’ordre millimétrique. Après un état de l’art dans ce domaine et suite à plusieurs caractérisations au niveau composant, une nouvelle structure de test “nouvelle approche” est conçue, réalisée et caractérisée. Cette approche est basée sur une nouvelle méthode d’extraction du schéma équivalent petit signal à partir d’une structure adaptée. Cette méthode réalise une adaptation des impédances du transistor sous test aux impédances des équipements de mesure. Comme résultats, la transmission du signal entre la source et le composant sous test ainsi que la précision de la mesure des paramètres extraits sont améliorés. La méthode développée permet la validation des modèles compacts des composants fabriqués en technologie BiCMOS 0.25μm au niveau circuit. Les mesures réalisées ont montré une bonne amélioration de l’extraction entre un transistor sous test seul et un transistor sous test adapté. La méthode d’investigation proposée permet l’extraction des modèles à des très hautes fréquences avec une meilleure précision. Cette thèse ouvre donc des perspectives pour la caractérisation en bande millimétrique notamment caractérisation des structures adaptées en impédances et de méthodes de de-embedding dédiées à ces dernières. / This thesis deals with the study of innovative solutions for small signal characterization at millimeter wave frequency. After a state of the art in this field and following to several characterizations at device level, a new test structure “new approach” is designed, fabricated, and characterized. The approach of characterizing at circuit level is based on a new method to extract the small signal equivalent circuit using matched test structures. This method proposed here makes the DUT impedances carefully match the characteristic impedances of the measurement equipment. In results, the transmission of the signal from the source to the DUT is improved while the parameters extraction accuracy is improved. The developed method enables the BiCMOS 0.25μm compact models validation in circuit level in mm-Wave band and enables accurate parameter extraction in a narrow band at higher frequencies. The verification results demonstrated that the new test structure significantly outperformed the conventional method in measurement accuracy specifically in very high frequency. Some aspects of the matched test structure could be subject of further investigation. In particularly topics such as, characterization over multiple test structure geometries and deembedding test structure losses.

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In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Charakterisierung von Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten dargestellt. Sie erlaubt, funktionsrelevante Parameter und deren Schwankungen produktionsbegleitend auf Waferlevel zu ermitteln. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Sollform der Struktur und die Abweichungsarten bekannt sind. Die Methode beruht auf dem Vergleich von numerisch berechneten mit experimentell ermittelten Eigenfrequenzen der untersuchten Mikrosysteme. Dazu wird die Abhängigkeit verschiedener Eigenfrequenzen von den gesuchten Parametern mittels einer Parametervariationsanalyse berechnet und durch eine geeignete Funktion angenähert. Die Messung der dynamischen Eigenschaften erfolgt mit Hilfe eines Bewegungsanalysators, der auf einem Laser-Doppler-Vibrometer basiert. Im letzen Schritt werden die gesuchten Parameter berechnet. Kernpunkt der entwickelten Methode sind Messungen auf der Basis von speziellen Teststrukturen, die im Waferlayout neben den eigentlichen Nutzstrukturen platziert sind und parallel mit den Nutzstrukturen prozessiert werden. Es werden Algorithmen zur Generierung des Designs der Teststrukturen und ihrer Platzierung im Waferlayout entwickelt. Dabei werden das Design der Nutzstruktur und deren funktionsrelevante Parameter, der technologische Ablauf und materialspezifische Kennwerte berücksichtigt. Im Ergebnis liegt eine Bibliothek von Standard-Teststrukturen vor, die für produktionsbegleitende Messungen sowie für die Übertragbarkeit der Ergebnisse geeignet sind. Außerdem werden allgemeingültige Richtlinien zur Durchführung der Messungen an den Standard-Teststrukturen abgeleitet. Das Messverfahren wurde an unterschiedlichen Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten überprüft und zu einer allgemeinen Messmethode für diese Klasse von Mikrosystemen erweitert. / In this work a method for the characterization of microsystems with movable components is presented. The method allows to determine the relevant parameters and their variations on wafer level if the nominal shape of the structure and the type of deviations are known. The method is based on a comparison of the numerically calculated and experimentally measured Eigenfrequencies of the microsystems. For that purpose, the relationships between various Eigenfrequencies and the searched parameters are calculated by parameter variation analysis and the results of this analysis are approximated with appropriate functions. A Laser Doppler vibrometer based motion analyzer is used to determine the frequency response function of the micromechanical structure and extract Eigenfrequencies. The comparison of the measured and the calculated frequencies provides values for the searched parameters. The key element of the developed method is the measurement on special test structures that are placed in the wafer layout next to the actual microsystems and processed in the same technological process parallel to the actual microsystems. Algorithms for designing the test structures and their placement in the wafer layout are shown, taking into account the design of the actual microsystems and the function parameters of the technological process as well as material characteristics. As a result, a library of standard test structures for function relevant parameters is available. A general guideline for the measurement on the test structures is presented. The presented method is verified on various microsystems and extended to a whole class of microsystems with movable components.