CN118100849A - Mems谐振器 - Google Patents
Mems谐振器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118100849A CN118100849A CN202410222949.XA CN202410222949A CN118100849A CN 118100849 A CN118100849 A CN 118100849A CN 202410222949 A CN202410222949 A CN 202410222949A CN 118100849 A CN118100849 A CN 118100849A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resonator
- electrode
- resonant
- resonant body
- mems
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N alumanylidynemethyl(alumanylidynemethylalumanylidenemethylidene)alumane Chemical compound [Al]#C[Al]=C=[Al]C#[Al] CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CKSRCDNUMJATGA-UHFFFAOYSA-N germanium platinum Chemical compound [Ge].[Pt] CKSRCDNUMJATGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02244—Details of microelectro-mechanical resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02244—Details of microelectro-mechanical resonators
- H03H9/02259—Driving or detection means
- H03H9/02275—Comb electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H2009/155—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material using MEMS techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本申请涉及谐振器技术领域,公开了一种MEMS谐振器,包括:锚点;谐振体组,所述谐振体组呈矩形体结构设计,所述谐振体组的长度是其宽度的整数倍,所述谐振体组包括第一谐振体以及第二谐振体,所述第一谐振体和所述第二谐振体对称排布在所述锚点的两侧,且分别通过连接梁与所述锚点连接;电极组,所述电极组设于所述第一谐振体和所述第二谐振体的两侧,所述电极组面向所述第一谐振体和所述第二谐振体的一侧设有若干个锯齿,面向所述第一谐振体的所述锯齿与所述第一谐振体的宽度相同,面向所述第二谐振体的锯齿与所述第二谐振体的宽度相同。本申请的MEMS谐振器具有双模态以及双端口输出,提高MEMS谐振器的性能同时获得较低阻抗。
Description
技术领域
本申请涉及谐振器技术领域,具体涉及一种MEMS谐振器。
背景技术
微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元,具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点,这种器件的一个示例是MEMS谐振器,其可以应用在电子设备的定时电路中,MEMS谐振器系统通常包括多个电极以驱动MEMS谐振器,当偏压施加到谐振体时,电荷积聚在谐振体上,这在电极和积聚在谐振体上的相反电荷之间产生静电力,通过向驱动电极施加时变驱动电压信号,通常与DC(Direct Current,直流电流)电压组合,可以产生时变静电力,导致MEMS谐振器振荡。
相关技术中的MEMS谐振器,单谐振器双模态结构目前通常使用方块谐振器,使用面内电极激发面内拉梅(Lamé)振动模态,使用面外电极激发面外弯曲模态,但双模态中的拉梅(Lamé)振动模态谐振器的动态阻抗会随着谐振频率的上升而上升,不利于MEMS谐振器的性能与应用,这种情况需要改变。
发明内容
鉴于此,本申请提供一种MEMS谐振器,以提高MEMS谐振器的性能同时获得较低阻抗。
为实现以上目的,采用的技术方案为:
一种MEMS谐振器,包括:
锚点,所述锚点固定在基衬底上;
谐振体组,所述谐振体组呈矩形体结构设计,且所述谐振体组的长度是其宽度的整数倍,所述谐振体组包括第一谐振体以及第二谐振体,所述第一谐振体和所述第二谐振体对称排布在所述锚点的两侧,且分别通过连接梁与所述锚点连接;
电极组,所述电极组设于所述第一谐振体和所述第二谐振体的两侧,且所述电极组面向所述第一谐振体和所述第二谐振体的一侧设有若干个锯齿,面向所述第一谐振体的所述锯齿与所述第一谐振体的宽度相同,面向所述第二谐振体的锯齿与所述第二谐振体的宽度相同。
本申请进一步设置为:所述电极组包括配置有所述锯齿的驱动电极以及感应电极,所述驱动电极分别设于所述第一谐振体和所述第二谐振体远离所述锚点的一侧,所述感应电极分别设于所述第一谐振体和所述第二谐振体靠近所述锚点的一侧,且所述感应电极对称排布在所述连接梁的两侧。
本申请进一步设置为:所述锯齿分别在所述驱动电极和所述感应电极上等间距排列,所述驱动电极上相邻的锯齿间的距离与所述驱动电极上的锯齿的宽度相同,以及所述感应电极上相邻的锯齿间的距离与所述感应电极上的锯齿的宽度相同。
本申请进一步设置为:所述第一谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿正对设置,所述第二谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿正对设置。
本申请进一步设置为:所述第一谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿分别与所述第一谐振体之间的间隙宽度相等,所述第二谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿分别与所述第二谐振体之间的间隙宽度相等。
本申请进一步设置为:在所述第一谐振体和所述第二谐振体之间,且位于所述连接梁同一侧的所述感应电极连接为一整体,用于作为所述第一谐振体和所述第二谐振体的共同感应电极。
本申请进一步设置为:所述锚点通过所述连接梁将所述第一谐振体和所述第二谐振体固定在所述基衬底上以配置所述第一谐振体和所述第二谐振体处于悬空状态。
本申请进一步设置为:所述锚点接入直流偏置电压为所述第一谐振体和所述第二谐振体提供直流偏置,当配置驱动电压施加于所述驱动电极时,所述MEMS谐振器以分布式拉梅模态振动。
本申请进一步设置为:所述第一谐振体和所述第二谐振体的宽度相同,所述第一谐振体和所述第二谐振体的谐振频率相同,所述MEMS谐振器输出相同频率信号。
本申请进一步设置为:所述第一谐振体和所述第二谐振体的宽度不同,所述第一谐振体和所述第二谐振体的谐振频率不同,所述MEMS谐振器分别输出不同频率信号。
综上所述,与现有技术相比,本申请公开了一种MEMS谐振器,谐振体组呈矩形体结构设计且谐振体组的长度是其宽度的整数倍,谐振体组的第一谐振体和第二谐振体对称排布在锚点的两侧且分别通过连接梁与锚点连接,其中,设于第一谐振体和第二谐振体两侧的电极组面向第一谐振体和第二谐振体的一侧设有若干个锯齿,面向第一谐振体的锯齿与第一谐振体的宽度相同,面向第二谐振体的锯齿与第二谐振体的宽度相同,即通过上述设置,MEMS谐振器具有双模态以及双端口输出,提高了MEMS谐振器的性能的同时获得了较低的阻抗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见的,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例的第一种MEMS谐振器的结构示意图;
图2是本实施例的第二种MEMS谐振器的结构示意图;
图3是本实施例的第三种MEMS谐振器的结构示意图;
图4是本实施例的MEMS谐振器的振动仿真图;
图5是本实施例的MEMS谐振器的频率与阻抗仿真关系图。
具体实施方式
这里将详细的对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性地包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素,此外,本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义,也可能具有不同含义,其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在后续的描述中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或者“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明,其本身没有特定的意义。因此,“模块”、“部件”或者“单元”可以混合地使用。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以下将通过具体实施例对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是,以下实施例的描述顺序不作为对实施例优先顺序的限定。
参考图1,图1是本实施例的第一种MEMS谐振器的结构示意图,该MEMS谐振器包括锚点1、谐振体组2以及电极组6,具体的,锚点1配置在基衬底上且可以与基衬底固定连接,谐振体组2包括第一谐振体3以及第二谐振体4,其中,第一谐振体3和第二谐振体4可以对称排布在锚点1的两侧,且分别通过连接梁5与锚点1连接,电极组6则设于第一谐振体3和第二谐振体4的两侧,而电极组6面向第一谐振体3和第二谐振体4的一侧设有若干个锯齿7。
在具体实施过程中,锚点1和谐振体组2均可呈矩形体结构设计,优选的,锚点1可以为正方体结构,谐振体组2可以为长方体结构,其中,本实施例构建X-Y平面坐标,则X轴方向可视为本实施例的第一方向,Y轴方向可视为本实施例的第二方向,第一方向和第二方向相互垂直,当然,本实施例的方向设计并不仅限于此,X-Y还可以是实际工作需求中的,在空间中互为垂直的其他任意方向,在此不再赘述。
则谐振体组2在第一方向上的具体尺寸为谐振体组2的长度,在第二方向上的具体尺寸为谐振体组2的宽度,锯齿7在第一方向上的具体尺寸为锯齿7的宽度。
进一步的,谐振体组2的长度是其宽度的整数倍,即第一谐振体3的长度是其宽度的整数倍,第二谐振体4的长度是其宽度的整数倍,且面向第一谐振体3的锯齿7与第一谐振体3的宽度相同,面向第二谐振体4的锯齿7与第二谐振体4的宽度相同,基于此结构设计,则锚点1可以位于第一谐振体3和第二谐振体4连线的中心处,即第一谐振体3和第二谐振体4以锚点1为中心对称设置,则谐振体组2靠中心的锚点1连接,第一谐振体3和第二谐振体4的振动模态不互相影响,由此可实现MEMS谐振器的双模态运行以及双端口输出,进而优化MEMS谐振器性能。
本实施例的锯齿7呈方形齿结构设计,若干个的方形齿可以增加电极组6与周围介质的接触面积,从而增强其与谐振体组2之间的耦合效应,可以减小电极组6与介质之间的电阻和电容,从而降低谐振器的阻抗,提高谐振器的灵敏度和响应性能,且本实施例利用方形齿对谐振器的振动模态和频率产生影响,即通过调整锯齿7的尺寸和间距,可以调整谐振器的固有频率和振动模态。
在具体实施过程中,电极组6可以包括配置有锯齿7的驱动电极8以及感应电极9,其中,驱动电极8分别设于第一谐振体3和第二谐振体4远离锚点1的一侧,感应电极9分别设于第一谐振体3和第二谐振体4靠近锚点1的一侧,且感应电极9还对称排布于连接梁5的两侧,锯齿7则均面向第一谐振体3和第二谐振体4,即驱动电极8通过外部激励信号对谐振体施加驱动力,引起第一谐振体3和第二谐振体4的振动,感应电极9用于检测谐振体的振动信号,将其转化为电信号输出,锯齿7则可以增加驱动电极8以及感应电极9的表面积,提高电极与谐振体之间的耦合效应,从而提高谐振器的性能。
在一些实施例中,驱动电极8可以为两个,感应电极9可以为四个,两个驱动电极8分别配置于第一谐振体3和第二谐振体4的外侧,四个感应电极9则两两配置于第一谐振体3和第二谐振体4的内侧并相对于连接梁5对称。
需要说明的是,配置在第一谐振体3内外侧的驱动电极8和感应电极9具有相同的结构,即各自面向第一谐振体3的锯齿7的宽度相等,锯齿7凸起的高度也相等,则第一谐振体3两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7正对设置,相同道理的,配置在第二谐振体4内外侧的驱动电极8和感应电极9具有相同的结构,即各自面向第二谐振体4的锯齿7的宽度相等,锯齿7凸起的高度也相等,则第二谐振体4两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7正对设置。
进一步的,锯齿7分别在驱动电极8和感应电极9上等间距排列,以实现更均匀的驱动和感应效果,第一谐振体3两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7分别与第一谐振体3之间的间隙宽度相等,以及第二谐振体4两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7分别与第二谐振体4之间的间隙宽度相等,以实现更平衡的驱动和感应效果。
其中,驱动电极8上相邻的锯齿7间的距离与驱动电极8上的锯齿7的宽度相同,以及感应电极9上相邻的锯齿7间的距离与感应电极9上的锯齿7的宽度相同。
其中,第一谐振体3两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7与第一谐振体3的宽度相同,第二谐振体4两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7与第二谐振体4的宽度相同。
由此,设定谐振体组2的宽度为Wr,谐振体组2的长度为Lr,驱动电极8和感应电极9上相邻的锯齿7间的距离为Ws,锯齿7的宽度为We,则Ws=We=Wr,Lr可由下式表示:
Lr=(2N+1)*Wr
其中,N表示锯齿7的数量(N为≥1的整数)。
由此,基于锚点1、谐振体组2、电极组6以及锯齿7的结构和尺寸设计,MEMS谐振器可以激发分布式拉梅模态,具体的,锚点1通过连接梁5将第一谐振体3和第二谐振体4固定在基衬底上以配置第一谐振体3和第二谐振体4处于悬空状态,锚点1接入直流偏置电压后,通过连接梁5为第一谐振体3和第二谐振体4提供直流偏置,当驱动电信号施加于驱动电极8时,在直流偏置电压与驱动电信号的共同作用下,可以产生时变静电力,则MEMS谐振器的谐振体组2以分布式拉梅模态振动,而响应于第一谐振体3和第二谐振体4的振动,感应电极9与第一谐振体3和第二谐振体4之间的平均电容以基本恒定的频率变化(可以测量此电容,并使用所得信号来生成定时信号)。
具体的,请参考图4,图4是本实施例的MEMS谐振器的振动仿真图,如图4所示,MEMS谐振器的谐振频率Freq>60MHz,即本实施例利用分布式拉梅模态的高频特性可以得到高频信号,从而提升MEMS谐振器性能。
在优选的实施例中,第一谐振体3和第二谐振体4的宽度可以相同,由此,设定第一谐振体3的宽度为Wr1,第一谐振体3两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7的宽度为We1,此相邻的锯齿7间的距离为Ws1,以及设定第二谐振体4的宽度为Wr2,第二谐振体4两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7的宽度为We2,此相邻的锯齿7间的距离为Ws2,则:
Wr1=Wr2=We1=We2=Ws1=Ws2
即第一谐振体3和第二谐振体4的谐振频率相同,MEMS谐振器可以输出相同频率信号。
请参考图2,图2为本实施例的第二种MEMS谐振器的结构示意图,具体的,在前述实施例的结构基础上,在第一谐振体3和第二谐振体4之间,且位于连接梁5同一侧的感应电极9还可以连接为一整体,用于作为第一谐振体3和第二谐振体4的共同感应电极9,则第一谐振体3和第二谐振体4的谐振频率亦相同,MEMS谐振器可以输出相同频率信号OUT F。
请参考图3,图3是本实施例的第三种MEMS谐振器的结构示意图,由于第一谐振体3和第二谐振体4靠中心的锚点1连接以及对应的结构和尺寸设计,振动模态不互相影响,因此MEMS谐振器可实现双端口输出,从而得到两组输出信号(OUT f1和OUT f2),需要说明的是,分布式拉梅模态的谐振频率与谐振体组2的宽度有关,宽度越小,频率越大,即谐振体组2的宽度与谐振体组2的谐振频率呈负相关关系,则第一谐振体3和第二谐振体4可以采用不同宽度,则第一谐振体3和第二谐振体4具有分布式拉梅模态的不同谐振频率,以及不同谐振频率的信号输出。
在具体实施过程中,第一谐振体3和第二谐振体4的宽度不同,而基于前述设置,第一谐振体3的长度是其宽度的整数倍,第二谐振体4的长度是其宽度的整数倍,锯齿7分别在驱动电极8和感应电极9上等间距排列,第一谐振体3两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7分别与第一谐振体3之间的间隙宽度相等,第二谐振体4两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7分别与第二谐振体4之间的间隙宽度相等,其中,驱动电极8上相邻的锯齿7间的距离与驱动电极8上的锯齿7的宽度相同,以及感应电极9上相邻的锯齿7间的距离与感应电极9上的锯齿7的宽度相同,第一谐振体3两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7与第一谐振体3的宽度相同,第二谐振体4两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7与第二谐振体4的宽度相同。
则设定第一谐振体3的宽度为Wr3,第一谐振体3两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7的宽度为We3,此相邻的锯齿7间的距离为Ws3,以及设定第二谐振体4的宽度为Wr4,第二谐振体4两侧的驱动电极8和感应电极9上的锯齿7的宽度为We4,此相邻的锯齿7间的距离为Ws4,则:
(Wr3=We3=Ws3)≠(Wr4=We4=Ws4)
即第一谐振体3和第二谐振体4的谐振频率不同,MEMS谐振器可以输出不同的频率信号,具体的,第一谐振体3和第二谐振体4的振动模态不互相影响,MEMS谐振器可实现双模态运行以及双端口输出。
继续参考图5,图5是MEMS谐振器的谐振频率与阻抗仿真关系图,其中,图5的横坐标表示谐振频率,纵坐标表示阻抗,则从图5可以看出,MEMS谐振器的阻抗与谐振频率相关,即通过调节MEMS谐振器的谐振频率可以对应降低阻抗,而分布式拉梅模态的谐振频率与谐振体组2的宽度呈负相关关系,则根据前述公式:Lr=(2N+1)*Wr,即可以通过调节谐振体组2的长度来达到降低MEMS谐振器阻抗的效果,如调节第一谐振体3的长度和/或调节第二谐振体4的长度以降低MEMS谐振器阻抗,由此,本实施例的MEMS谐振器阻抗可由MΩ级别降低至kΩ级别。
综上所述,本实施例的MEMS谐振器,谐振体组2呈矩形体结构设计且谐振体组2的长度是其宽度的整数倍,谐振体组2的第一谐振体3和第二谐振体4对称排布在锚点1的两侧且分别通过连接梁5与锚点1连接,其中,设于第一谐振体3和第二谐振体4两侧的电极组6面向第一谐振体3和第二谐振体4的一侧设有若干个锯齿7,面向第一谐振体3的锯齿7与第一谐振体3的宽度相同,面向第二谐振体4的锯齿7与第二谐振体4的宽度相同,由此,本实施例的MEMS谐振器具有分布式拉梅模态,并利用其高频特性可以得到高频信号,而基于前述结构设计,互不影响的振动模态可实现双模态运行以及实现双端口输出,并基于分布式拉梅模态谐振频率与谐振体的宽度关系实现MEMS谐振器的不同振动模态运行以及不同的谐振频率输出,同时通过调节谐振体的长度可以达到降低MEMS谐振器阻抗的效果,提升MEMS谐振器性能。
本实施例的MEMS谐振器可以使用公知的技术由公知的材料制造,例如,MEMS谐振器可以由公知的半导体制成,例如硅、锗、硅锗或砷化镓,实际上,MEMS谐振器可以由例如元素周期表第IV列中的材料组成,例如硅、锗、碳;还有这些的组合,例如硅锗或碳化硅;也可以是III-V化合物,例如磷化镓、磷化铝镓或其他III-V组合;III、IV、V或VI材料的组合,例如氮化硅、氧化硅、碳化铝、氮化铝和/或氧化铝;还有金属硅化物、锗化物和碳化物,例如硅化镍、硅化钴、碳化钨或硅化铂锗;还有掺杂变体,包括磷、砷、锑、硼或铝掺杂的硅或锗、碳或组合,如硅锗;还有具有各种晶体结构的这些材料,包括单晶、多晶、纳米晶或无定形;还具有晶体结构的组合,例如具有单晶和多晶结构的区域(无论是掺杂的还是未掺杂的)。
此外,MEMS谐振器可以使用公知的光刻、蚀刻、沉积和/或掺杂技术形成在绝缘体上半导体衬底中或上,为了简洁起见,本文不讨论这样的制造技术,然而,用于形成或制造MEMS谐振器结构的所有技术,无论是现在已知的还是以后开发的,都旨在落入范围内(例如,使用标准或过大尺寸(“厚”)晶片(未示出)的公知的形成、光刻、蚀刻和/或沉积技术和/或接合技术(即,将两个标准晶片接合在一起,其中下部/底部晶片包括设置在其上的牺牲层(例如,氧化硅),并且上部/顶部晶片此后被减薄(向下或向后研磨)并抛光以在其中或其上接收机械结构)。
以上对本申请进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想;同时,对于本领域的技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种MEMS谐振器,其特征在于,包括:
锚点,所述锚点固定在基衬底上;
谐振体组,所述谐振体组呈矩形体结构设计,且所述谐振体组的长度是其宽度的整数倍,所述谐振体组包括第一谐振体以及第二谐振体,所述第一谐振体和所述第二谐振体对称排布在所述锚点的两侧,且分别通过连接梁与所述锚点连接;
电极组,所述电极组设于所述第一谐振体和所述第二谐振体的两侧,且所述电极组面向所述第一谐振体和所述第二谐振体的一侧设有若干个锯齿,面向所述第一谐振体的所述锯齿与所述第一谐振体的宽度相同,面向所述第二谐振体的锯齿与所述第二谐振体的宽度相同。
2.如权利要求1所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述电极组包括配置有所述锯齿的驱动电极以及感应电极,所述驱动电极分别设于所述第一谐振体和所述第二谐振体远离所述锚点的一侧,所述感应电极分别设于所述第一谐振体和所述第二谐振体靠近所述锚点的一侧,且所述感应电极对称排布在所述连接梁的两侧。
3.如权利要求2所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述锯齿分别在所述驱动电极和所述感应电极上等间距排列,所述驱动电极上相邻的锯齿间的距离与所述驱动电极上的锯齿的宽度相同,以及所述感应电极上相邻的锯齿间的距离与所述感应电极上的锯齿的宽度相同。
4.如权利要求2所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述第一谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿正对设置,所述第二谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿正对设置。
5.如权利要求2所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述第一谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿分别与所述第一谐振体之间的间隙宽度相等,所述第二谐振体两侧的所述驱动电极和所述感应电极上的所述锯齿分别与所述第二谐振体之间的间隙宽度相等。
6.如权利要求2所述的MEMS谐振器,其特征在于,在所述第一谐振体和所述第二谐振体之间,且位于所述连接梁同一侧的所述感应电极连接为一整体,用于作为所述第一谐振体和所述第二谐振体的共同感应电极。
7.如权利要求2所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述锚点通过所述连接梁将所述第一谐振体和所述第二谐振体固定在所述基衬底上以配置所述第一谐振体和所述第二谐振体处于悬空状态。
8.如权利要求6所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述锚点接入直流偏置电压为所述第一谐振体和所述第二谐振体提供直流偏置,当配置驱动电压施加于所述驱动电极时,所述MEMS谐振器以分布式拉梅模态振动。
9.如权利要求1至8任一项所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述第一谐振体和所述第二谐振体的宽度相同,所述第一谐振体和所述第二谐振体的谐振频率相同,所述MEMS谐振器输出相同频率信号。
10.如权利要求1至8任一项所述的MEMS谐振器,其特征在于,所述第一谐振体和所述第二谐振体的宽度不同,所述第一谐振体和所述第二谐振体的谐振频率不同,所述MEMS谐振器分别输出不同频率信号。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410222949.XA CN118100849A (zh) | 2024-02-28 | 2024-02-28 | Mems谐振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410222949.XA CN118100849A (zh) | 2024-02-28 | 2024-02-28 | Mems谐振器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN118100849A true CN118100849A (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=91145136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202410222949.XA Pending CN118100849A (zh) | 2024-02-28 | 2024-02-28 | Mems谐振器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN118100849A (zh) |
-
2024
- 2024-02-28 CN CN202410222949.XA patent/CN118100849A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6624726B2 (en) | High Q factor MEMS resonators | |
US6940370B2 (en) | MEMS resonator and method of making same | |
RU2271603C2 (ru) | Генератор эталонного времени на основе интегрального микромеханического настраиваемого камертонного резонатора | |
JP2501096Y2 (ja) | 静電的に励振される複式振動ビ―ムの力トランスデュ―サ | |
US4841775A (en) | Vibratory transducer | |
US7358648B2 (en) | Torsion resonator and filter using this | |
US5260596A (en) | Monolithic circuit with integrated bulk structure resonator | |
EP2603976B1 (en) | Micromechanical resonator and method for manufacturing thereof | |
EP2535759B1 (en) | Optical scanning device | |
US20060004289A1 (en) | High sensitivity capacitive micromachined ultrasound transducer | |
JP2009529820A (ja) | 少なくとも1個の共振器モード形状を有するmems共振器 | |
US20110187347A1 (en) | Electromechanical transducer and a method of providing an electromechanical transducer | |
US20040027033A1 (en) | Solid-state acceleration sensor device and method | |
JP2022529131A (ja) | 微小電気機械共振器 | |
CN101150300A (zh) | 一种制备平面电容谐振器的方法 | |
JP2005037309A (ja) | 振動式トランスデューサ | |
CN118100849A (zh) | Mems谐振器 | |
CN221509558U (zh) | Mems谐振器 | |
JP2013055647A (ja) | Mems共振器およびそれを用いた電気機器 | |
CN117833854A (zh) | Mems谐振器 | |
CN117879533A (zh) | 一种谐振器及其电子设备 | |
US20140203883A1 (en) | Resonator, oscillator, and method for fabricating oscillator | |
CN220492965U (zh) | 微机电系统谐振器 | |
CN220653348U (zh) | 一种单端口mems谐振器 | |
CN220273651U (zh) | 微机电系统谐振器及微机电系统振荡器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |