DE102006032422A1

DE102006032422A1 - Schwingschaltung mit zwei Oszillatoren

Info

Publication number: DE102006032422A1
Application number: DE102006032422A
Authority: DE
Inventors: Richard C. Loveland Ruby
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2007-03-22
Also published as: JP2007082214A; US20070057734A1; KR20070029561A; CN1929293A

Abstract

Eine Schwingschaltung. Die Schwingschaltung umfasst einen ersten Oszillator, einen zweiten Oszillator und eine Mischerschaltung. Der erste Oszillator ist konfiguriert, um ein erstes Schwingsignal mit einer ersten Frequenz zu erzeugen, und weist einen ersten Frequenztemperaturkoeffizienten auf. Der zweite Oszillator ist konfiguriert, um ein zweiten Schwingsignal mit einer zweiten Frequenz zu erzeugen, und weist einen zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten auf. Die zweite Frequenz ist größer als die erste Frequenz, und der zweite Frequenztemperaturkoeffizient ist geringer als der erste Frequenztemperaturkoeffizient. Die Mischerschaltung ist konfiguriert, um das erste Schwingsignal von dem ersten Oszillator zu empfangen, um das zweite Schwingsignal von dem zweiten Oszillator zu empfangen und um ein Mischersignal aus dem ersten und dem zweiten Schwingsignal zu erzeugen. Das Mischersignal weist eine Signalkomponente mit einer Schwebungsfrequenz auf. Die Schwebungsfrequenz ist gleich der Differenz zwischen der zweiten Frequenz und der ersten Frequenz.

Description

Verweis auf verwandte US-Patente
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung bezieht sich auf denjenigen der folgenden US-Patente: (1) US-Patent Nr. 5,587,620 von Ruby u. a. mit dem Titel „Tunable Thin Film Acoustic Resonators and Method for Making the Same", erteilt am 24. Dezember 1996 und übertragen an Agilent Technologies Inc., (2) US-Patent Nr. 5,873,153 von Ruby u. a. mit dem Titel „Method of Making Tunable Thin Film Acoustic Resonators", erteilt am 23. Februar 1999 und übertragen an Agilent Technologies Inc., und (3) US-Patent Nr. 6,060,818 von Ruby u. a. mit dem Titel „SBAR Structures and Method of Fabrication of SBAR.FBAR Film Processing Techniques for the Manufacturing of SBAR/BAR Filters", erteilt am 9. Mai 2000 und übertragen an Agilent Technologies Inc. Diese Patente beschreiben Grundtechniken zum Herstellen von abstimmbaren akustischen Dünnfilmresonatoren, wobei diese Techniken Komponenten der im Folgenden beschriebenen repräsentativen Ausführungsbeispiele umfassen. Dementsprechend ist jedes der US-Patente, auf die im Vorhergehenden verwiesen wurde, durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hier aufgenommen.

Zahlreiche moderne elektronische Vorrichtungen von der einfachen Armbanduhr zu den komplexeren Computerservern hängen von der Erzeugung von ein oder mehr Takt- oder Oszillatorsignalen ab. Um die Erfordernisse verschiedener Anwendungen zu erfüllen, müssen die erzeugten Signale genau und stabil sein. Außerdem dürfen die Betriebsfrequenzen der erzeugten Signale nicht wesentlich mit Veränderungen der Temperatur von der Entwurfsfrequenz abweichen.

Im Wesentlichen alle Mobiltelefone, Computer, Mikrowellenöfen und zahlreiche andere elektronische Produkte verwenden einen Quarzkristallresonator, um ein Referenzsignal mit einer vorausgewählten Frequenz zu erzeugen, die normalerweise etwa 20 MHz beträgt. Derartige Oszillatoren werden als kristallgesteuerte Oszillatoren bezeichnet. Die Gatter bei diesen Produkten werden mit der vorausgewählten Frequenz unter Verwendung des Referenzsignals „getaktet" oder geschaltet. Beliebige und alle „Zeitreferenzen" werden von diesem Quarzresonatoroszillator erzeugt. Bei Mobiltelefonen, Laptop-Computern und anderen tragbaren Vorrichtungen ist die Quarzresonatorschaltung größer als erwünscht. Normalerweise muss der Oszillator in etwa eine Frequenzdrift von +/–2ppm über den vollen Betriebstemperaturbereich des Produkts aufweisen. Um dieses Niveau von Frequenzsteuerung zu erreichen, ist der Quarzresonator normalerweise in einem hermetischen Keramikgehäuse mit einem Metalldeckel, der um den Umfang lichtbogengeschweißt ist, gehäust zu finden. Somit ist das Gehäuse relativ teuer. Ein Beispiel ist Kyocera TCXO, Teilnummer KT21. Dieses Produkt wird in einem Keramikgehäuse geliefert, das 3,2 × 2,5 × 1 mm³ groß ist, eine +/–2ppm-Genauigkeit von –30° bis 85°C aufweist und 2 mA Strom zieht. Da die Resonanzfrequenz dieses Kristalls 20 MHz beträgt, muss das Signal von einem Oszillator, der dieses Produkt verwendet, durch eine andere Leistung aufnehmende Elektronik nach oben multipliziert werden. Ferner werden die sich ergebenden Oberschwingungen allgemein nur um etwa 5 dB relativ zu der Grundfrequenz unterdrückt.

Oszillatoren können auch unter Verwendung anderer Typen von Resonatoren hergestellt werden, z. B. Standard-L-C- (induktor-kapazitive) Resonatoren, akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARS) und dergleichen. Obwohl derartige Resonatoren billiger als Quarzresonatoren sind, sind ihre Frequenzdriftcharakteristika im Allgemeinen für die im Vorhergehenden erwähnten Anwendungen nicht akzeptabel.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwingschaltung und ein Verfahren zum Herstellen einer Schwingschaltung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Schwingschaltung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.

In repräsentativen Ausführungsbeispielen ist eine Schwingschaltung offenbart. Die Schwingschaltung weist einen ersten Oszillator, einen zweiten Oszillator und eine Mischerschaltung auf. Der erste Oszillator ist konfiguriert, um ein erstes Schwingsignal mit einer ersten Frequenz zu erzeugen, und weist einen ersten Frequenztemperaturkoeffizienten auf. Der zweite Oszillator ist konfiguriert, um ein zweites Schwingsignal mit einer zweiten Frequenz zu erzeugen, und weist einen zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten auf. Die zweite Frequenz ist größer als die erste Frequenz, und der zweite Frequenztemperaturkoeffizient ist geringer als der erste Frequenztemperaturkoeffizient. Die Mischerschaltung ist konfiguriert, um das erste Schwingsignal von dem ersten Oszillator zu empfangen, ist konfiguriert, um das zweite Schwingsignal von dem zweiten Oszillator zu empfangen, und ist konfiguriert, um ein Mischersignal aus dem ersten Schwingsignal und dem zweiten Schwingsignal zu erzeugen. Das Mischersignal weist eine Signalkomponente mit einer Schwebungsfrequenz auf. Die Schwebungsfrequenz ist gleich der Differenz zwischen der zweiten Frequenz und der ersten Frequenz.

In einem weiteren repräsentativen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Herstellen einer Schwingschaltung offenbart. Das Verfahren weist ein Herstellen eines ersten Oszillators, der konfiguriert ist, um ein erstes Schwingsignal mit einer ersten Frequenz zu erzeugen, und der einen ersten Frequenztemperaturkoeffizienten aufweist, ein Erzeugen eines zweiten Oszillators, der konfiguriert ist, um ein zweites Schwingsignal mit einer zweiten Frequenz zu erzeu gen, und der einen zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten aufweist, und ein Verbinden der Ausgänge des ersten und des zweiten Oszillators miteinander auf. Die zweite Frequenz ist größer als die erste Frequenz; der zweite Frequenztemperaturkoeffizient ist geringer als der erste Frequenztemperaturkoeffizient; und die Differenz zwischen der zweiten Frequenz multipliziert mit dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten und der ersten Frequenz multipliziert mit dem ersten Frequenztemperaturkoeffizient ist gleich Null.

Andere Aspekte und Vorteile der repräsentativen Ausführungsbeispiele, die hier präsentiert werden, werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.

Die beiliegenden Zeichnungen liefern visuelle Darstellungen, die verwendet werden, um verschiedene repräsentative Ausführungsbeispiele genauer zu beschreiben, und können von Fachleuten verwendet werden, um dieselben und ihre inhärenten Vorteile besser zu verstehen. Bei diesen Zeichnungen identifizieren gleiche Bezugszeichen entsprechende Elemente. Es zeigen:
1 eine Zeichnung eines Blockdiagramms einer Schwingschaltung, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist;
2A eine graphische Darstellung von Mischerausgangssignal über Frequenz für Komponenten des Mischersignals in 1;
2B eine graphische Darstellung einer Übertragungsfunktion über Frequenz für das Filter in 1;
2C eine graphische Darstellung des Frequenztemperaturkoeffizienten für die erste und die zweite Resonanzschaltung in 1;
2D eine Zeichnung einer Ersatzschaltung für einen akustischen Dünnfilmvolumenresonator (FBAR);
3A eine Zeichnung einer Resonatorstruktur, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist;
3B eine Zeichnung einer weiteren Resonatorstruktur, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist;
3C eine Zeichnung einer weiteren Resonatorstruktur, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist;
3D eine Zeichnung einer weiteren Resonatorstruktur, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen der Resonatorstrukturen der 3A und 3B;
5A eine graphische Darstellung von Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizient über Dicke einer entfernten piezoelektrischen Oberwaferschicht für die Resonatorstruktur von 3A;
5B eine graphische Darstellung von Schwebungsfrequenz über Dicke einer entfernten piezoelektrischen Oberwaferschicht für die Resonatorstruktur von 3A;
6A eine graphische Darstellung von Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizient über der Massenbelastung, die von dem ersten Resonator entfernt wird, für die Resonatorstruktur von 3A;
6B eine graphische Darstellung von Schwebungsfrequenz über der Massenbelastung, die von dem ersten Resonator entfernt wird, für die Resonatorstruktur von 3A;
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Resonatorstruktur von 3C;
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Resonatorstruktur von 3D; und
9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Teils der Schwingschaltung von 1.
Wie es in den Zeichnungen zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist, neuartige Resonatoren, deren Resonanzfrequenzen und Frequenzdriftcharakteristika geeignet eingestellt werden können, um zu Schwingschaltungen zu führen, die eine sehr geringe Frequenzdrift über Temperaturcharakteristika aufweisen. Geeignete gepaarte Resonatoren können unter Verwendung von Integrierte-Schaltung-Techniken mit den sich ergebenden Vorteilen bezüglich Kosten und Größe gegenüber Quarzkristallen hergestellt werden, die in der Vergangenheit verwendet wurden, um vergleichbare Frequenzdriftcharakteristika zu erhalten. Früher wurden Quarzkristalle sorgfältig geschnitten und abgestimmt, um eine geringe Frequenzdrift relativ zur Temperatur zu liefern.
Bei repräsentativen Ausführungsbeispielen werden zwei Resonatoren, die mit der Temperatur mit unterschiedlichen Raten driften, bei Oszillatorschaltungen verwendet, um eine „Schwebungs"-Frequenz zu erzeugen, deren Nettotemperaturdrift über den vollen Temperaturbereichstandard für Mobiltelefone, tragbare Computer und andere vergleichbare Vorrichtungen sehr gering, falls nicht Null ist. Die Resonatoren können als akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARS) hergestellt werden und mit einer anderen Integrierte-Schaltung-Schaltungsanordnung kombiniert werden, um einen Siliziumchip zu ergeben, der in etwa 0,2 Millimeter (mm) dick sein und eine Fläche von weniger als 1 × 1 mm² aufweisen könnte. Außerdem kann das Ausgangssignal bei einer viel höheren Frequenz als derjenigen eines Quarzresonators liegen, und kann somit relativ frei von Störmoden sein. Folglich wird beim Erzeugen der erforderlichen „reinen" Hochfrequenztöne weniger Leistung aufgenommen.
In der folgenden detaillierten Beschreibung und in den mehreren Figuren der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen identifiziert.
1 ist eine Zeichnung eines Blockdiagramms einer Schwingschaltung 100, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist. In 1 weist die Schwingschaltung 100 einen ersten Oszillator 110, einen zweiten Oszillator 120, eine Mischerschaltung 130 und ein Filter 140 auf. Der erste Oszillator 110 weist einen ersten Resonator 111 und einen ersten Verstärker 112 auf. Der zweite Oszillator 120 weist einen zweiten Resonator 121 und einen zweiten Verstärker 122 auf.
Das Ausgangssignal des ersten Verstärkers 112 wird über den ersten Resonator 111 zu dem Eingang des ersten Verstärkers 112 zurückgeführt, was dazu führt, dass der erste Oszillator 110 ein erstes Schwingsignal 115 mit einer ersten Frequenz f₀₁ erzeugt, wobei die erste Frequenz f₀₁ die Resonanzfrequenz des ersten Resonators 111 ist.
Das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 122 wird über den zweiten Resonator 121 zu dem Eingang des zweiten Verstärkers 122 zurückgeführt, was dazu führt, dass der zweite Oszillator 120 ein zweites Schwingsignal 125 mit einer zweiten Frequenz f₀₂ erzeugt, wobei die zweite Frequenz f₀₂ die Resonanzfrequenz des zweiten Resonators 121 ist.
Bei dem repräsentativen Ausführungsbeispiel von 1 ist die zweite Frequenz f₀₂ größer als die erste Frequenz f₀₁.
Die Details, die in 1 für den ersten und den zweiten Oszillator 110, 120 gezeigt sind, dienen nur zu Veranschaulichungszwecken. Verschiedene Konfigurationen von Oszillatorschaltungen könnten mit dem ersten und dem zweiten Resonator 111, 121 verwendet werden.
Die Mischerschaltung 130 empfängt das erste Schwingsignal 115 mit der ersten Frequenz f₀₁ von dem ersten Oszillator 110 und empfängt das zweite Schwingsignal 125 mit der zweiten Frequenz f₀₂ von dem zweiten Oszillator 120. Das erste Schwingsignal 115 und das zweite Schwingsignal 125 werden durch die Mischerschaltung 130 gemischt, um ein Mischersignal 135 zu erzeugen. Das Mischersignal 135 weist eine Signalkomponente 136 (siehe 2A) mit einer Schwebungsfrequenz f_B auf, wobei die Schwebungsfrequenz f_B gleich der ersten Frequenz f₀₁ subtrahiert von der zweiten Frequenz f₀₂ ist, sowie eine andere Signalkomponente 137 (siehe 2A) mit einer Summenfrequenz f_S gleich der Summe der ersten Frequenz f₀₁ und der zweiten Frequenz f₀₂.
Das Filter 140 empfängt das Mischersignal 135 von der Mischerschaltung 130, lässt die Signalkomponenten 136 des Mischersignals 135 mit der Schwebungsfrequenz f_B durch und sperrt andere Signalkomponenten 137 des Mischersignals 135 mit der Summenfrequenz f_S, mit einem sich ergebenden Filtersignal 145, das hier auch als Ausgangssignal 145 bezeichnet wird, als seinem Ausgangssignal. Folglich weist das Filtersignal 145 hauptsächlich ein Signal mit der Schwebungsfrequenz f_B auf, das durch die Übertragungsfunktion des Filters 140 umgewandelt wurde. Normalerweise wird jede beliebige Komponente des Filtersignals 145 mit der Summenfrequenz f_S durch die Übertragungsfunktion des Filters 140 erheblich reduziert.
2A ist eine graphische Darstellung eines Mischerausgangssignals 235 über der Frequenz für Komponenten des Mischersignals 135 in 1. Das Mischerausgangssignal 235 ist das Mischersignal 135, das, wie es im Vorhergehenden erwähnt ist, die Signalkomponente 136 mit der Schwebungsfrequenz f_B und die andere Signalkomponente 137 mit der Summenfrequenz f_S aufweist. Sowohl die Signalkomponente 136 als auch die andere Signalkomponente 137 sind in 2A gezeigt. Die Signalkomponente 136 ist mit der Schwebungsfrequenz f_B = (f₀₂ – f₀₁) aufgetragen, und die andere Signalkomponente 137 mit der Summenfrequenz f_S = (f₀₂ + f₀₁). Auch sind in 2A die erste Frequenz f₀₁ und die zweite Frequenz f₀₂ in relativen Positionen gezeigt.
2B ist eine graphische Darstellung einer Übertragungsfunktion 250 über der Frequenz für das Filter 140 von 1. Bei dem repräsentativen Ausführungsbeispiel von 2B ist das Filter 140 ein Tiefpassfilter 140. Verschiedene Konfigurationen eines Filter 140 könnten jedoch verwendet werden, solange die Übertragungsfunktion 250 des Filters 140 die Signalkomponente 136 des Mischersignals 135 mit der Schwebungsfrequenz f_B durchlässt und andere wichtige Komponenten, wie z. B. die andere Signalkomponente 137 des Mischersignals 135 mit der Summenfrequenz f_S, sperrt. Somit, und wie es im Vorhergehenden erwähnt ist, weist das Filtersignal 145 an dem Ausgang des Filters 140 hauptsächlich das Signal mit der Schwebungsfrequenz f_B auf, das durch die Übertragungsfunktion 250 des Filters 140 umgewandelt wurde. Normalerweise wird dann jede beliebige Komponente des Filtersignals 145 mit der Summenfrequenz f_S durch die Übertragungsfunktion 250 des Filters 140 erheblich reduziert.
2C ist eine graphische Darstellung des Frequenztemperaturkoeffizienten T_C für den ersten und den zweiten Resonator 111, 121 in 1. Der Wert des Frequenztemperaturkoeffizienten T_C für eine Resonanzschaltung mit Referenzfrequenz f_R ist gegeben durch T_C = (1/f_R)(Δf_R/Δt), wobei Δf_R die Frequenzverschiebung bei f_R ist, die durch eine Temperaturveränderung von Δt verursacht wird. Der Wert des Frequenztemperaturkoeffizienten T_C wird normalerweise als Teile je Million Teile pro Grad Celsius (ppm/°C) ausge drückt. Werden keine anderen wichtigen frequenzabhängigen Komponenten bei einem gegebenen Oszillator angenommen, ist der Wert des Temperaturkoeffizienten für diesen Oszillator der gleiche wie derjenige seiner Resonanzschaltung. Der erste Resonator 111 weist einen ersten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1 auf, und der zweite Resonator 121 weist einen zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass der Wert des zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2 geringer ist als der erste Frequenztemperaturkoeffizient T_C1.
Die Schwebungsfrequenz f_B der Schwingschaltung 100 weist dann einen Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizienten T_CC gleich der zweiten Frequenz f₀₂ multipliziert mit dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2 subtrahiert von der ersten Frequenz f₀₁ multipliziert mit dem ersten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1 auf (d. h. T_CC = [f₀₂ × T_C2] – [f₀₁ × T_C1] ). Somit können die erste Frequenz f₀₁, der erste Frequenztemperaturkoeffizient T_C1, die zweite Frequenz f₀₂ und der zweite Frequenztemperaturkoeffizient T_C2 ausgewählt werden, um die Erfordernisse einer bestimmten Anwendung geeignet zu erfüllen. Eine sorgfältige Einstellung dieser Parameter kann dazu führen, dass der Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizient T_CC mit demjenigen vergleichbar ist, der durch die Verwendung von Quarzkristallen zu erhalten ist, oder besser als derselbe ist. Tatsächlich ist es möglich, einen Nullschaltungsfrequenztemperaturkoeffizienten T_CC durch die sorgfältige Auswahl und Einstellung dieser Parameter zu erhalten.
2D ist eine Zeichnung einer Ersatzschaltung 260 für einen akustischen Dünnfilmvolumenresonator (FBAR). Akustische Dünnfilmvolumenresonatoren können hier bei verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen aufgrund der Tatsache verwendet werden, dass ihre Herstellungstechnologie mit derjenigen von integrierten Schaltungen kompatibel ist, was zu relativen Vorteilen bezüglich Kosten, Zuverlässigkeit und Größe gegenüber anderen Technologien führt.
2D ist ein modifiziertes Butterworth-Van Dyke-Modell eines akustischen Dünnfilmvolumenresonators. Aus dieser Ersatzschaltung 260 ist ersichtlich, dass der akustische Dünnfilmvolumenresonator zwei Resonanzfrequenzen aufweist. Die erste Resonanzfrequenz wird als Reihenresonanzfrequenz f_REI bezeichnet, die sich aus der Reihenkombination eines Induktors L_M und eines Kondensators C_M ergibt. Die zweite Resonanzfrequenz wird als Parallelresonanzfrequenz f_PAR bezeichnet, die sich aus der Parallelkombination eines Nebenschlusskondensators C_P und der oben genannten Reihenkombination des Induktors L_M und des Kondensators C_M ergibt. Die Parallelresonanzfrequenz f_PAR wird auch als die Antiresonanzfrequenz f_PAR bezeichnet. Ein Widerstand R_REIHE und ein Nebenschlusswiderstand R_NEBEN stellen nichtideale Widerstandskomponenten in der Struktur dar. Bei einer geeigneten Wahl des Filters 140 kann entweder die Parallelresonanzfrequenz f_PAR oder die Reihenresonanzfrequenz f_REI beim Bestimmen der Frequenz des sich ergebenden Ausgangssignal 145 ausgewählt werden. Hinsichtlich der obigen Ausführungen und bei einer gegebenen Implementierung könnte die erste Frequenz f₀₁ entweder die Parallelresonanzfrequenz f_PAR oder die Reihenresonanzfrequenz f_REI für den ersten Resonator 111 sein, und die zweite Frequenz f₀₂ könnte entweder die Parallelresonanzfrequenz f_PAR oder die Reihenresonanzfrequenz f_REI für den zweiten Resonator 121 sein. Wie es für Fachleute ersichtlich ist, ist das Ausgangssignal der Mischerschaltung 130 für zwei akustische Dünnfilmvolumenresonatoren eine Kombination von Signalen mit acht getrennten Frequenzen anstatt der zwei, die in 2A gezeigt sind. Diese acht Frequenzen sind Folgende: (1) f_PAR-1 +/– f_PAR-2, (2) f_PAR-1 +/– f_SER-2, (3) f_SER-1 +/– f_PAR-2 und (4) f_SER-1 +/– f_SER-2. Folglich muss das Filter 140 bei einer beliebigen gegebenen Anwendung die unerwünschten sieben Frequenzen auf den erforderlichen Pegel filtern. Da die Parallelresonanzfrequenz f_PAR für einen beliebigen gegebenen Resonator geringer als die Reihenresonanzfrequenz f_REI ist, könnte ein geeignet konzipiertes Tiefpassfilter 140 nur die Frequenz (f_PAR-1 – f_PAR-2) durchlassen.
3A ist eine Zeichnung einer Resonatorstruktur 300, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist. In 3A weist das Paar von Resonatoren 300 den ersten und den zweiten Resonator 111, 121 auf, die in einer Seitenansicht gezeigt sind und die unter Verwendung von Prozeduren, die mit einer Integrierte-Schaltung-Bearbeitung kompatibel sind, hergestellt werden. Bei diesem Beispiel sind die Resonatoren 111, 121 akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARs). Die Resonatoren 111, 121 werden an einem Substrat 305 hergestellt, bei dem es sich z. B. um Silizium 305 oder ein anderes geeignetes Material handeln könnte, und die Resonatoren 111, 121 werden über einem ersten Hohlraum 311 bzw. einem zweiten Hohlraum 312 hergestellt, da dieselben akustische Resonatoren sind, die mechanische Wellen verwenden. Die Hohlräume isolieren den Schwingteil des Resonators 111, 121 von dem Substrat 305, um die Schwingenergie zu reduzieren, die ansonsten in dem Substrat 305 dissipiert würde. Der erste und der zweite Hohlraum 311, 312 werden an der oberen Oberfläche 306 des Substrats 305 erzeugt.
Der erste Resonator 111 wird darüber hergestellt und überbrückt den ersten Hohlraum 311. Der erste Resonator 111 umfasst eine erste untere Elektrode 321, eine erste obere Elektrode 331 und eine erste piezoelektrische Struktur 341, die zwischen der ersten unteren Elektrode 321 und der ersten oberen Elektrode 331 angeordnet ist. Die erste piezoelektrische Struktur 341 umfasst eine erste untere piezoelektrische Schicht 351 auf der ersten unteren Elektrode 321, eine Interstitial- bzw. Zwischenschicht 361 auf der ersten unteren piezoelektrischen Schicht 351 und eine erste obere piezoelektrische Schicht 371 auf der Interstitialschicht 361. Auf der ersten oberen piezoelektrischen Schicht 371 befindet sich die erste obere Elektrode 331. Ebenfalls in 3A gezeigt ist eine Massenlastschicht 381 auf der ersten oberen Elektrode 331.
Der zweite Resonator 121 wird über dem zweiten Hohlraum 312 hergestellt und überbrückt denselben. Der zweite Resonator 121 umfasst eine zweite untere Elektrode 322, eine zweite obere Elektrode 332 und eine zweite piezoelektrische Struktur 342, die zwischen der zweiten unteren Elektrode 322 und der zweiten oberen Elektrode 332 angeordnet ist. Die zweite piezoelektrische Struktur 342 umfasst eine zweite untere piezoelektrische Schicht 352 auf der zweiten unteren Elektrode 322 und eine zweite obere piezoelektrische Schicht 372 auf der zweiten unteren piezoelektrischen Schicht 352. Auf der zweiten oberen piezoelektrischen Schicht 372 befindet sich die zweite obere Elektrode 332.
Die piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 könnten unter Verwendung von Aluminiumnitrid (AlN) oder irgendeinem geeigneten piezoelektrischen Material hergestellt werden. In dem Fall von Aluminiumnitrid könnten die piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 durch Dampfaufbringung bei einem geeigneten Verarbeitungsschritt erzeugt werden. Bei den Elektroden 321, 332, 331, 332 könnte es sich z. B. um Molybdän oder irgendeinen anderen geeigneten Leiter handeln. Im Idealfall weist die Interstitialschicht 361 einen Steifheitskoeffizienten über Temperatur auf, der größer als derjenige der piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 ist. In einem derartigen Fall führt der größere Steifheitskoeffizient über Temperatur für die Interstitialschicht 361 zu einem größeren ersten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1 als bei dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2. Da Molybdän einen Steifheitskoeffizienten über Temperatur aufweist, der größer als der Steifheitskoeffizient über Temperatur für Aluminiumnitrid ist, könnte Molybdän für die Interstitialschicht 361 verwendet werden.
Aufgrund der Massenlastschicht 381 und anderer Entwurfsüberlegungen, die die Dicke der Interstitialschicht 361 sowie die relativen Dicken der verschiedenen piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 umfassen, kann der erste Resonator 111 mit einer ersten Resonanzfrequenz f₀₁ (d. h. erste Frequenz) hergestellt werden, die niedriger ist als die zweite Resonanzfrequenz f₀₂ (d. h. zweite Frequenz) des zweiten Resonators 121. Im Allgemeinen ist die Resonanzfrequenz des Resonators umso niedriger, je größer das Gewicht der Massenlastschicht 381 ist. Auch ist die Resonanzfrequenz des Resonators umso niedriger, je dicker die ein oder mehr piezoelektrischen Schichten sind.
Im Allgemeinen verändert ein Hinzufügen von Gewicht zu der Massenlastschicht 381 den Frequenztemperaturkoeffizienten nicht nennenswert, da die Massenlastschicht 381 hauptsächlich als „totes Gewicht" wirksam ist, das sich nicht mit einer Temperaturveränderung ändert. Ein Hinzufügen von mehr Massenbelastung verringert jedoch die erste Resonanzfrequenz f₀₁, was bei einer gegebenen Anwendung erwünscht sein kann oder nicht. Je größer die Massenbelastung ist, desto höher ist die Schwebungsfrequenz f_B.
3B ist eine Zeichnung einer weiteren Resonatorstruktur 390, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist. In 3B weist das Paar von Resonatoren 390 den ersten und den zweiten Resonator 111, 121 auf, die in einer Seitenansicht gezeigt sind und die unter Verwendung von Prozeduren, die mit einer Integrierte-Schaltung-Bearbeitung kompatibel sind, hergestellt werden, wie bei 3A. Bei diesem Beispiel sind die Resonatoren 111, 121 akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARs). Die Resonatoren 111, 121 werden an dem Substrat 305 hergestellt, bei dem es sich z. B. um Silizium 305 oder ein anderes geeignetes Material handeln könnte. In 3B sind die Resonatoren 111, 121 im Gegensatz zu 3A über einem einzigen Hohlraum 313 hergestellt, der hier auch als Hohlraum 313 bezeichnet wird. Der einzige Hohlraum 313 wird an der oberen Oberfläche 306 des Substrats 305 erzeugt. Der einzige Hohlraum 313 isoliert die Schwingteile der Resonatoren 111, 121 von dem Substrat 305, um die Schwingenergie zu verringern, die in dem Substrat 305 dissipiert wird, wie bei 3A. Die Struktur von 3B kann jedoch zu mehr Schwingkopplung zwischen den beiden Resonatoren 111, 121 führen, als bei der Struktur von 3A zu finden wäre.
Der erste Resonator 111 wird über dem einzigen Hohlraum 313 hergestellt. Der erste Resonator 111 umfasst die erste untere Elektrode 321, die erste obere Elektrode 331 und die erste piezoelektrische Struktur 341, die zwischen der ersten unteren Elektrode 321 und der ersten oberen Elektrode 331 angeordnet ist. Die erste piezoelektrische Struktur 341 umfasst die erste untere piezoelektrische Schicht 351 auf der ersten unteren Elektrode 321, die Interstitial- bzw. Zwischenschicht 361 auf der ersten unteren piezoelektrischen Schicht 351 und die erste obere piezoelektrische Schicht 371 auf der Interstitialschicht 361. Auf der ersten oberen piezoelektrischen Schicht 371 befindet sich die erste obere Elektrode 331. Ebenfalls in 3B gezeigt ist die Massenlastschicht 381 auf der ersten oberen Elektrode 331.
Der zweite Resonator 121 wird ebenfalls über dem einzigen Hohlraum 313 hergestellt. Der zweite Resonator 121 umfasst die erste untere Elektrode 321 gemeinsam mit dem ersten Resonator 111, die zweite obere Elektrode 332 und die zweite piezoelektrische Struktur 342, die zwischen der ersten unteren Elektrode 321 und der zweiten oberen Elektrode 332 angeordnet ist. Die zweite piezoelektrische Struktur 342 umfasst die zweite untere piezoelektrische Schicht 352 auf der ersten unteren Elektrode 321 und die zweite obere piezoelektrische Schicht 372 auf der zweiten unteren piezoelektrischen Schicht 352. Auf der zweiten oberen piezoelektrischen Schicht 372 befindet sich die zweite obere Elektrode 332. Zu Strukturzwecken zeigt 3B auch eine untere piezoelektrische Verbindungsschicht 352 und eine obere piezoelektrische Verbindungsschicht 373.
Wie in 3A könnten die piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 unter Verwendung von Aluminiumnitrid (AlN) oder einem beliebigen geeigneten piezoelektrischen Material hergestellt werden. In dem Fall von Aluminiumnitrid könnten die piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 durch Dampfaufbringung bei einem geeigneten Verarbeitungsschritt erzeugt werden. Bei den Elektroden 321, 322, 331, 332 könnte es sich z. B. um Molybdän oder irgendeinen anderen geeigneten Leiter handeln. Im Idealfall weist die Interstitialschicht 361 einen Steifheitskoeffizienten über Temperatur auf, der größer als derjenige der piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 ist. In einem derartigen Fall führt der größere Steifheitskoeffizient über Temperatur für die Interstitialschicht 361 zu einem größeren ersten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1 als bei dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2. Da Molybdän einen Steifheitskoeffizienten über Temperatur aufweist, der größer als der Steifheitskoeffizient über Temperatur für Aluminiumnitrid ist, könnte Molybdän für die Interstitialschicht 361 verwendet werden.
Aufgrund der Massenlastschicht 381 und anderer Entwurfsüberlegungen, die die Dicke der Interstitialschicht 361 sowie die relativen Dicken der verschiedenen piezoelektrischen Schichten 351, 352, 371, 372 umfassen, kann der erste Resonator 111 mit einer ersten Resonanzfrequenz f₀₁ (d. h. erste Frequenz) hergestellt werden, die niedriger als die zweite Resonanzfrequenz f₀₂ (d. h. zweite Frequenz) des zweiten Resonators 121 ist.
3C ist eine Zeichnung einer weiteren Resonatorstruktur 300, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist. Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel von 3C ist die Interstitialschicht 361 des ersten Resonators 111 im Gegensatz zu den Resonatorstrukturen 300, 390 der 3A und 3B weggelassen. In 3C weist das Paar von Resonatoren 300 den ersten und den zweiten Resonator 111, 121 auf, die in einer Seitenansicht gezeigt sind und die unter Verwendung von Prozeduren hergestellt werden, die mit einer Integrierte-Schaltung- Bearbeitung kompatibel sind. Bei diesem Beispiel sind die Resonatoren 111, 121 akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARs). Die Resonatoren 111, 121 werden an einem Substrat 305 hergestellt, bei dem es sich z. B. um Silizium 305 oder ein anderes geeignetes Material handeln könnte, und die Resonatoren 111, 121 werden über einem ersten Hohlraum 311 bzw. einem zweiten Hohlraum 312 hergestellt, da dieselben akustische Resonatoren sind, die mechanische Wellen verwenden. Die Hohlräume isolieren den Schwingteil der Resonatoren 111, 121 von dem Substrat 305, um die Schwingenergie zu verringern, die ansonsten in dem Substrat 305 dissipiert würde. Der erste und der zweite Hohlraum 311, 312 werden an der oberen Oberfläche 306 des Substrats 305 erzeugt.
Der erste Resonator 111 wird über dem ersten Hohlraum 311 hergestellt und überbrückt denselben. Der erste Resonator 111 weist die erste untere Elektrode 321, die erste piezoelektrische Schicht 351 (erste untere piezoelektrische Schicht 351), die erste obere Elektrode 331 und die Massenlastschicht 381 auf. Die erste piezoelektrische Schicht 351 liegt auf der ersten unteren Elektrode 321; die erste obere Elektrode 331 liegt auf der ersten piezoelektrischen Schicht 351; und die Massenlastschicht 381 liegt auf der ersten oberen Elektrode 331.
Der zweite Resonator 121 wird über dem zweiten Hohlraum 312 hergestellt und überbrückt denselben. Der zweite Resonator 121 weist die zweite untere Elektrode 322, die zweite piezoelektrische Schicht 352 (zweite untere piezoelektrische Schicht 352) und die zweite obere Elektrode 332 auf. Die zweite piezoelektrische Schicht 352 liegt auf der zweiten unteren Elektrode 322; und die zweite obere Elektrode 332 liegt auf der zweiten piezoelektrischen Schicht 352.
Die piezoelektrischen Schichten 351, 352 könnten unter Verwendung von Aluminiumnitrid (AlN) oder irgendeinem geeigneten piezoelektrischen Material hergestellt werden.
In dem Fall von Aluminiumnitrid könnten die piezoelektrischen Schichten 351, 352 durch Dampfaufbringung bei einem geeigneten Verarbeitungsschritt erzeugt werden. Bei den Elektroden 321, 322, 331, 332 könnte es sich z. B. um Molybdän oder irgendeinen anderen geeigneten Leiter handeln.
Bevorzugt ist die Massenlastschicht 381 bei dem Ausführungsbeispiel von 3C ein Material, das eine große Steifheitsveränderung mit der Temperatur aufweist, insbesondere größer als diejenige der zweiten oberen Elektrode 332. Bei der Massenlastschicht 381 könnte es sich um ein Oxid handeln. Ferner könnte es sich bei der Massenlastschicht 381 um ein organisches Material handeln, das PMMA (Polymethylmethacrylat), PY (ein Element der Polyimid-Familie von organischen Materialien), BCB (Benzocyclobuten) oder ein anderes geeignetes Material sein könnte. Bei der Massenlastschicht 381 könnte es sich auch um ein Harz handeln. Dieses Harz könnte ein dielektrisches Niedrig-k-Harz sein. Niedrig-k-Materialien weisen normalerweise dielektrische Konstanten von kleiner oder gleich 3,5 auf. Ein Beispiel für ein geeignetes dielektrisches Niedrig-k-Harz ist das SiLK-Material von Dow Chemical. SiLK ist ein organisches Material, das mit der Temperatur weich wird. Somit führt der größere Steifheitskoeffizient über Temperatur der Massenlastschicht 381 zu einem größeren ersten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1 als bei dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2. Eine zusätzliche Schutzschicht kann über der Massenlastschicht 381 liegen.
Aufgrund der Massenlastschicht 381 kann der erste Resonator 111 mit einer ersten Resonanzfrequenz f₀₁ (d. h. erste Frequenz) hergestellt werden, die niedriger als die zweite Resonanzfrequenz f₀₂ (d. h. zweite Frequenz) des zweiten Resonators 121 ist. Im Allgemeinen ist die Resonanzfrequenz des Resonators umso niedriger, je größer das Gewicht der Massenlastschicht 381 ist. Auch ist die Resonanzfrequenz des Resonators umso niedriger, je dicker die ein oder mehr piezoelektrischen Schichten sind.
Bei diesem repräsentativen Ausführungsbeispiel, bei dem das Material der Massenlastschicht 381 sich von dem Material der ersten und der zweiten oberen Elektrode 331, 332 unterscheidet, können die Dicke und das Material der Massenlastschicht 381 den Frequenztemperaturkoeffizienten nennenswert verändern, wenn sich die Steifheit der Massenlastschicht 381 mit einer Temperaturveränderung ändert. Je größer die Massenbelastung, desto höher ist die Schwebungsfrequenz f_B.
Bei repräsentativen Ausführungsbeispielen könnten der erste und der zweite Resonator 111, 121 auch über nur einem einzigen Hohlraum 313 hergestellt sein, ähnlich wie derjenige von 3B.
3D ist eine Zeichnung einer weiteren Resonatorstruktur 300, wie dieselbe in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen beschrieben ist. Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel von 3D ist wie bei 3C die Interstitialschicht 361 des ersten Resonators 111 im Gegensatz zu den Resonatorstrukturen 300, 390 der 3A und 3B weggelassen. In 3D weist das Paar von Resonatoren 300 den ersten und den zweiten Resonator 111, 121 auf, die in einer Seitenansicht gezeigt sind und die unter Verwendung von Prozeduren hergestellt werden, die mit einer Integrierte-Schaltung-Bearbeitung kompatibel sind. Bei diesem Beispiel sind die Resonatoren 111, 121 akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARs). Die Resonatoren 111, 121 werden an einem Substrat 305 hergestellt, bei dem es sich z. B um Silizium 305 oder ein anderes geeignetes Material handeln könnte, und die Resonatoren 111, 121 werden über einem ersten Hohlraum 311 bzw. einem zweiten Hohlraum 312 hergestellt, da dieselben akustische Resonatoren sind, die mechanische Wellen verwenden. Die Hohlräume isolieren den Schwingteil der Resonatoren 111, 121 von dem Substrat 305, um die Schwingenergie zu verringern, die ansonsten in dem Substrat 305 dissipiert würde. Der erste und der zweite Hohlraum 311, 312 werden an der oberen Oberfläche 306 des Substrats 305 erzeugt.
Der erste Resonator 111 wird über dem ersten Hohlraum 311 hergestellt und überbrückt denselben. Der erste Resonator 111 weist eine untere Massenlastschicht 382, die erste unter Elektrode 321, die erste piezoelektrische Schicht 351 (erste untere piezoelektrische Schicht 351), die erste obere Elektrode 331 und eine optionale Massenlastschicht 381 auf. Die erste untere Elektrode 321 liegt auf der unteren Massenlastschicht 382; die erste piezoelektrische Schicht 351 liegt auf der ersten unteren Elektrode 321; die erste obere Elektrode 331 liegt auf der ersten piezoelektrischen Schicht 351; und die optionale Massenlastschicht 381 liegt auf der ersten oberen Elektrode 331.
Bevorzugt handelt es sich bei der unteren Massenlastschicht 382 bei dem Ausführungsbeispiel von 3D um ein Material, das eine große Steifheitsveränderung mit der Temperatur aufweist, insbesondere größer als diejenige der zweiten unteren Elektrode 322. Bei der unteren Massenlastschicht 382 könnte es sich um ein Oxid handeln. Ferner könnte es sich bei der unteren Massenlastschicht 382 um ein organisches Material handeln, das PMMA (Polymethylmethacrylat), PY (ein Element der Polyimid-Familie von organischen Materialien), BCB (Benzocyclobuten) oder ein anderes geeignetes Material sein könnte. Bei der unteren Massenlastschicht 382 könnte es sich auch um ein Harz handeln. Dieses Harz könnte ein dielektrisches Niedrig-k-Harz sein. Niedrig-k-Materialien weisen normalerweise dielektrische Konstanten von kleiner oder gleich 3,5 auf. Ein Beispiel für ein geeignetes dielektrisches Niedrig-k-Harz ist das SiLK-Material von Dow Chemical. SiLK ist ein organisches Material, das mit der Temperatur weich wird. Somit führt der größere Steifheitskoeffizient über Temperatur der unteren Massenlastschicht 382 zu einem größeren ersten Frequenztemperaturko effizienten T_C1 als bei dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2.
Der zweite Resonator 121 wird über dem zweiten Hohlraum 312 hergestellt und überbrückt denselben. Der zweite Resonator 121 weist die zweite untere Elektrode 322, die zweite piezoelektrische Schicht 352 (zweite untere piezoelektrische Schicht 352) und die zweite obere Elektrode 332 auf. Die zweite piezoelektrische Schicht 352 liegt auf der zweiten unteren Elektrode 322; und die zweite obere Elektrode 332 liegt auf der zweiten piezoelektrischen Schicht 352.
Die piezoelektrischen Schichten 351, 352 könnten unter Verwendung von Aluminiumnitrid (AlN) oder irgendeinem geeigneten piezoelektrischen Material hergestellt werden. In dem Fall von Aluminiumnitrid könnten die piezoelektrischen Schichten 351, 352 durch Dampfaufbringung bei einem geeigneten Verarbeitungsschritt erzeugt werden. Bei den Elektroden 321, 322, 331, 332 könnte es sich z. B. um Molybdän oder irgendeinen anderen geeigneten Leiter handeln. Bei der Massenlastschicht 381 könnte es sich z. B. um Molybdän oder irgendein anderes geeignetes Material handeln.
Aufgrund der unteren Massenlastschicht 382 kann der erste Resonator 111 mit einer ersten Resonanzfrequenz f₀₁ (d. h. erste Frequenz) hergestellt werden, die niedriger als die zweite Resonanzfrequenz f₀₂ (d. h. zweite Frequenz) des zweiten Resonators 121 ist. Im Allgemeinen ist die Resonanzfrequenz des Resonators umso niedriger, je größer das Gewicht der unteren Massenlastschicht 382 und das Gewicht der Massenlastschicht 381 ist. Auch ist die Resonanzfrequenz des Resonators umso niedriger, je dicker die ein oder mehr piezoelektrischen Schichten sind.
Bei diesem repräsentativen Ausführungsbeispiel, bei dem sich das Material der unteren Massenlastschicht 382 von dem Material der zweiten unteren Elektrode 322 unterscheidet, können die Dicke und das Material der unteren Massenlastschicht 382 den Frequenztemperaturkoeffizienten nennenswert verändern, wenn sich die Steifheit der unteren Massenlastschicht 382 mit einer Temperaturveränderung ändert. Je größer die Massenbelastung ist, desto höher ist die Schwebungsfrequenz f_B.
Bei repräsentativen Ausführungsbeispielen könnten der erste und der zweite Resonator 111, 121 auch über nur einem einzigen Hohlraum 313 hergestellt sein, ähnlich dem von 3B.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen der Resonatorstrukturen 300, 390 der 3A und 3B. Bei Block 410 werden bei der Resonatorstruktur 300 von 3A die Hohlräume 311, 312 in das Substrat 305 geätzt. Bei der anderen Resonatorstruktur 390 von 3B wird jedoch nur der einzige Hohlraum 313 in das Substrat 305 geätzt. Block 410 übergibt dann die Steuerung an Block 420.
Bei Block 420 werden bei der Resonatorstruktur 300 von 3A die Hohlräume 311, 312 mit einem Opfermaterial gefüllt. Bei der anderen Resonatorstruktur 390 von 3B wird der einzige Hohlraum 313 mit dem Opfermaterial gefüllt. Das Opfermaterial kann später entfernt werden und könnte ein Phosphorquarzglasmaterial sein. Block 420 übergibt dann die Steuerung an Block 430.
Bei Block 430 werden bei der Resonatorstruktur 300 von 3A die erste und die zweite untere Elektrode 321, 322 hergestellt. Bei der anderen Resonatorstruktur 390 von 3B wird die erste untere Elektrode 321 hergestellt. In dem Fall von 3A können die erste und die zweite untere Elektrode 321, 322, oder in dem Fall von 3B die erste untere Elektrode 321, unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht von Molybdän auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer, der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden. Block 430 übergibt dann die Steuerung an Block 440.
Bei Block 440 werden die unteren piezoelektrischen Schichten 351, 352 (bei denen es sich um die gleiche Schicht handeln könnte, die zur gleichen Zeit aufgetragen wird, und die hier zusammen vor einem Strukturieren als die untere piezoelektrische Waferschicht 350 bezeichnet wird) über den unteren Elektroden 321, 322 bei der Resonatorstruktur 300 von 3A aufgebracht. Bei der anderen Resonatorstruktur 390 von 3B werden die unteren piezoelektrischen Schichten 351, 352 über der ersten unteren Elektrode 321 aufgebracht. Erneut werden bekannte Photolithographieschritte verwendet, um die erste und die zweite untere piezoelektrische Schicht 351, 352 zu definieren und zu erzeugen. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Aluminiumnitrid auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer, der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Aluminiumnitrid geätzt werden. Block 440 übergibt dann die Steuerung an Block 450.
Bei Block 450 wird die Interstitialschicht 361 auf der ersten unteren piezoelektrischen Schicht 351 des ersten Resonators 111 hinzugefügt. Die Interstitialschicht 361 kann unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Molybdän auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf das Substrat 305. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwi ckelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden. Block 450 übergibt dann die Steuerung an Block 460.
Bei Block 460 werden die oberen piezoelektrischen Schichten 371, 372 (bei denen es sich um die gleiche Schicht handeln könnte, die zur gleichen Zeit aufgebracht wird und die hier zusammen vor einem Strukturieren als die obere piezoelektrische Waferschicht 370 bezeichnet wird) über der Interstitialschicht 361 bei dem ersten Resonator 111 und über der zweiten unteren piezoelektrischen Schicht 352 bei dem zweiten Resonator 121 aufgebracht. Erneut werden bekannte Photolithographieschritte verwendet, um die erste und die zweite obere piezoelektrische Schicht 371, 372 zu definieren und zu erzeugen. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Aluminiumnitrid auf den Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer, der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Aluminiumnitrid geätzt werden. Block 460 übergibt dann die Steuerung an Block 470.
Bei Block 470 werden die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 hergestellt. Die erste und die zweite obere Elektrode 371, 372 können unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Molybdän auf die oberen piezoelektrischen Schichten 371, 372 aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf das aufgebrachte Molybdän. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden, um die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 zu erzeugen. Block 470 übergibt dann die Steuerung an Block 480.
Bei Block 480 wird die Massenlastschicht 381 auf der ersten oberen Elektrode 331 des ersten Resonators 111 hinzugefügt. Die Massenlastschicht 381 kann unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Molybdän oder einem anderen Material auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden, um die Massenlastschicht 381 über der ersten oberen Elektrode 331 zurückzulassen. Block 480 übergibt dann die Steuerung an Block 485.
Bei Block 485 werden ein Teil der Dicke der ersten oberen Elektrode 331 und ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 entfernt, oder ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 und ein Teil der Dicke der Massenlastschicht 381 werden entfernt. Wie es angemessen ist, können die Aktionen von Block 485 stattdessen vor den Aktionen von Block 480 erfolgen. Block 485 übergibt dann die Steuerung an Block 490.
Bei Block 490 wird ein Teil der Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 entfernt, während die Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 wird entfernt, während die Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der ersten oberen Elektrode 331 wird entfernt, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 wird entfernt, während die Dicke der ersten oberen Elektrode 331 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der Massenlastschicht 381 wird entfernt, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, oder ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 wird entfernt, während die Dicke der Massenlastschicht 381 aufrechterhalten wird. Wie es angemessen ist, können die Aktionen von Block 490 stattdessen vor den Aktionen von Block 470 oder vor den Aktionen von Block 480 erfolgen. Block 490 übergibt dann die Steuerung an Block 495.
Bei Block 495 wird bei der Resonatorstruktur 300 von 3A das Opfermaterial, das vorhergehend in den Hohlräumen 311, 312 deponiert wurde, entfernt. Bei der anderen Resonatorstruktur 390 von 3B wird das Opfermaterial, das vorhergehend in dem einzigen Hohlraum 313 deponiert wurde, entfernt. Falls es sich bei dem Opfermaterial um ein Glas handeln sollte, kann Flusssäure verwendet werden, um dasselbe aus den Hohlräumen 311, 312 oder dem einzigen Hohlraum 313 zu ätzen, wie es angemessen ist. Block 495 beendet dann den Prozess.
Beispielsweise kann der erste Oszillator 110 den ersten Resonator 111 verwenden, um das erste Schwingsignal 115 mit einer ersten Frequenz f₀₁ von 2,3 GHz zu erzeugen, und der zweite Oszillator 120 kann den zweiten Resonator 121 verwenden, um das zweite Schwingsignal 125 mit einer zweiten Frequenz f₀₂ von 2,0 GHz zu erzeugen. Die Schwebungsfrequenz f_B läge dann bei 300 MHz.
Wie es einem Fachmann bekannt ist, können bei anderen repräsentativen Ausführungsbeispielen verschiedene Veränderungen bei den im Vorhergehenden beschriebenen Prozessen vorgenommen werden, um ähnliche Strukturen wie diejenigen, die soeben beschrieben worden sind, zu bewirken. Insbesondere könnte der oben genannte Prozess derart modifiziert werden, dass nur der erste Resonator 111 von 3A an dem Substrat 305 hergestellt wird. Bei einem derartigen Fall können sowohl die erste Frequenz f₀₁ als auch der Frequenztemperaturkoeffizient T_C unter Verwendung der obigen Lehren modifiziert werden. Falls die Interstitialschicht 361 einen Steifheitskoeffizienten über Temperatur aufweist, der geringer ist als derjenige der ersten unteren piezoelektrischen Schicht 351 und der ersten oberen piezoelektrischen Schicht 371, ist der erste Frequenztemperaturkoeffizient T_C1 geringer als es derselbe ohne das Vorhandensein der Interstitialschicht 361 wäre. Unabhängig davon kann durch ein Einstellen der Parameter der Interstitialschicht 361 der erste Frequenztemperaturkoeffizient T_C1 eingestellt werden. Ferner könnten durch ein Aufnehmen eines zusätzlichen photolithographischen Schritts in Verbindung mit einem Ionenfrässchritt eine oder beide der ersten und der zweiten Frequenz f₀₁, f₀₂ modifiziert werden. Auch könnte durch eine geeignete Entfernung bestimmter Schritte, z. B. der Schritte bei (1) Block 450 (Interstitialschicht hinzufügen) und bei (2) Block 460 (obere piezoelektrische Schichten hinzufügen), das repräsentative Ausführungsbeispiel von 3C hergestellt werden.
5A ist eine graphische Darstellung von Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizient T_CC über entfernte Dicke der oberen Resonatorschicht 395 bei den Resonatorstrukturen 300, 390 der 3A–3B. Die Massenlastschicht 381 und die zweite obere Elektrode 332 werden gemeinsam hier als die obere Resonatorschicht 395 bezeichnet, die in den Zeichnungen nicht speziell identifiziert ist. 5B ist eine graphische Darstellung von Schwebungsfrequenz f_B über Dicke der entfernten oberen Resonatorschicht 395 bei der Resonatorstruktur 300 von 3A und der anderen Resonatorstruktur 390 von 3B. Bei den 5A–5B wird das Material der oberen Resonatorschicht 395 unter Verwendung eines Generalentfernungsprozesses, bei dem es sich um ein Ionenfräsen handeln könnte, über den Wafer entfernt, was gleiche Mengen der Massenlastschicht 381 und der zweiten obere Elektrode 332 entfernt. Das Generalionenfräsen stellt sowohl die erste als auch die zweite Resonanzfrequenz f₀₁, f₀₂ des ersten und des zweiten Resonators 111, 121 sowie den ersten und den zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1, T_C2 des ersten und des zweiten Resonators 111, 121 ein. Dabei stellt das Generalionenfräsen sowohl die sich ergebende Schwebungsfrequenz f_B der Schwingschaltung 100 als auch die Endtemperaturdrift (den Schaltungsfrequenztempera turkoeffizienten T_CC) der Schwebungsfrequenz f_B ein. Somit kann das Generalionenfräsen verwendet werden, um entweder die Schwebungsfrequenz f_B der Schwingschaltung 100 oder die Endtemperaturdrift (den Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizienten T_CC) der Schwebungsfrequenz f_B, jedoch nicht beide, anzuvisieren. Das Generalionenfräsen könnte auch bei der ersten und der zweiten oberen Elektrode 331, 332 vor dem Hinzufügen der Massenlastschicht 381 durchgeführt werden.
6A ist eine graphische Darstellung von Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizient T_CC über entfernte Dicke der Massenlastschicht 381 bei den Resonatorstrukturen 300, 390 der 3A–3B. 6B ist eine graphische Darstellung von Schwebungsfrequenz f_B über entfernte Dicke der Massenlastschicht 381 bei den Resonatorstrukturen 300, 390 der 3A–3B. In den 6A–6B wird der Dickeentfernungsprozess als ein Differenzionenfräsprozess bezeichnet, der Material von der Massenlastschicht 381 entfernt, jedoch auch verwendet hätte werden können, um Material von der zweiten oberen Elektrode 332 zu entfernen. Somit kann das Differenzionenfräsen entweder die erste oder die zweite Resonanzfrequenz f₀₂, f₀₂ des ersten bzw. des zweiten Resonators 111, 121 sowie den ersten oder den zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1, T_C2 des ersten bzw. des zweiten Resonators 111, 121 einstellen. Dabei stellt das Differenzionenfräsen sowohl die sich ergebende Schwebungsfrequenz f_B der Schwingschaltung 100 als auch die Endtemperaturdrift (den Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizienten T_CC) der Schwebungsfrequenz f_B ein. Somit kann das Differenzionenfräsen verwendet werden, um entweder die Schwebungsfrequenz f_B der Schwingschaltung 100 oder die Endtemperaturdrift (den Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizienten T_CC) der Schwebungsfrequenz f_B, jedoch nicht beide, anzuvisieren. Der Differenzionenfräsprozess könnte auch verwendet werden, um einen Teil der Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 zu entfernen, während die Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 aufrechterhalten wird, um einen Teil der Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 zu entfernen, während die Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 aufrechterhalten wird, um einen Teil der Dicke der ersten oberen Elektrode 331 zu entfernen, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, um einen Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 zu entfernen, während die Dicke der ersten oberen Elektrode 331 aufrechterhalten wird, um einen Teil der Dicke der Massenlastschicht 381 zu entfernen, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, oder um einen Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 zu entfernen, während die Dicke der Massenlastschicht 381 aufrechterhalten wird.
Aus den 6A–6B ist ersichtlich, dass es möglich ist, ein Differenzionenfräsen durchzuführen, um entweder die Endschwebungsfrequenz f_B oder den Endschaltungsfrequenztemperaturkoeffizienten T_CC entweder vor oder nach dem Anvisieren des Generalionenfräsprozesses anzuvisieren. Somit ist es durch ein Kombinieren dieser beiden Prozesse (Generalionenfräsen und Differenzionenfräsen) möglich, sowohl eine gewünschte Schwebungsfrequenz f_B als auch einen Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizienten T_CC (d. h. den Frequenztemperaturkoeffizienten der Schwebungsfrequenz f_B) anzuvisieren.
Bei einem repräsentativen Beispiel kann eine Schwebungsfrequenz f_B mit 165 MHz und in etwa 0ppm/C-Schaltungsfrequenztemperaturkoeffizient T_CC unter Verwendung von 500A Molybdän in der Mitte der ersten piezoelektrischen Struktur 341 erzeugt werden. Repräsentative Werte für die Resonatorstruktur 300 sind folgende: (1) erste untere Elektrode 321, zweite untere Elektrode 322, erste obere Elektrode 331 und zweite obere Elektrode 332 mit jeweils 1.500 Angström Molybdän, (2) erste untere piezoelektrische Schicht 351, zweite untere piezoelektrische Schicht 352, erste obere piezoelektrische Schicht 371 und zweite obere piezoelektrische Schicht 372 mit jeweils 1,1 Mikrometer Aluminiumnitrid, und (3) für die Interstitial schicht 361 und für die Massenlastschicht 381 mit jeweils 1.000 Angström Molybdän.
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zum Herstellen der Resonatorstruktur 300 von 3C. Bei geeigneter Modifizierung kann dieser Prozess auch verwendet werden, um eine Struktur wie in 3C, jedoch mit nur dem einzigen Hohlraum 313, wie es in 3B gezeigt ist, zu erzeugen. Bei Block 710 werden die Hohlräume 311, 312 oder der einzige Hohlraum 313 in das Substrat 305 geätzt. Block 710 übergibt dann die Steuerung an Block 720.
Bei Block 720 werden die Hohlräume 311, 312 oder der einzige Hohlraum 313 mit einem Opfermaterial gefüllt. Das Opfermaterial kann später entfernt werden und könnte ein Phosphorquarzglasmaterial sein. Block 720 übergibt dann die Steuerung an Block 730.
Bei Block 730 werden die erste und die zweite untere Elektrode 321, 322 hergestellt oder es wird eine kombinierte erste untere Elektrode 321 hergestellt. Die erste und die zweite untere Elektrode 321, 322 oder die erste untere Elektrode 321 können unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Molybdän auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer, der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden. Block 730 übergibt dann die Steuerung an Block 740.
Bei Block 740 werden die erste und die zweite piezoelektrische Schicht 351, 352 (bei denen es sich um die gleiche Schicht handeln könnte, die zur gleichen Zeit aufgebracht wird und die hier gemeinsam vor einem Strukturieren als die untere piezoelektrische Waferschicht 350 bezeichnet wird) über der ersten und der zweiten Elektrode 321, 322 oder über der kombinierten unteren Elektrode 321 aufgebracht. Erneut werden bekannte Photolithographieschritte verwendet, um die erste und die zweite piezoelektrische Schicht 351, 352 zu definieren und zu erzeugen. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Aluminiumnitrid auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer, der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Aluminiumnitrid geätzt werden. Block 740 übergibt dann die Steuerung an Block 770.
Bei Block 770 werden die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 hergestellt. Die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 können unter Verwendung bekannter Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Molybdän auf die erste und die zweite piezoelektrische Schicht 351, 352 aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf das aufgebrachte Molybdän. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden, um die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 zu erzeugen. Block 770 übergibt dann die Steuerung an Block 780.
Bei Block 780 wird die Massenlastschicht 381 auf der ersten oberen Elektrode 331 des ersten Resonators 111 hinzugefügt. Die Massenlastschicht 381 kann unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Aufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Der Temperaturkoeffizient der Steifheit der Massenlastschicht 381 bei diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen der zweiten oberen Elektrode 332. Es existieren verschiedene Optionen für die Massenlastschicht 381, wie es im Vorhergehenden erörtert ist. Sollte es sich bei der Massenlastschicht 381 um ein organisches Material oder ein Harz handeln, könnte das organische Material oder das Harz auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Material geätzt werden, um die Massenlastschicht 381 über der ersten oberen Elektrode 331 zurückzulassen. Block 780 übergibt dann die Steuerung an Block 785.
Bei Block 785 werden ein Teil der Dicke der ersten oberen Elektrode 331 und ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 entfernt, oder ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 und ein Teil der Dicke der Massenlastschicht 381 werden entfernt. Wie es angemessen ist, können die Aktionen von Block 785 stattdessen vor den Aktionen von Block 780 erfolgen. Block 785 übergibt dann die Steuerung an Block 790.
Bei Block 790 wird ein Teil der Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 entfernt, während die Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 wird entfernt, während die Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der ersten oberen Elektrode 331 wird entfernt, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 wird entfernt, während die Dicke der ersten oberen Elektrode 331 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der Massenlastschicht 381 wird entfernt, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, oder ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 wird entfernt, während die Dicke der Massenlastschicht 381 aufrechterhalten wird. Wie es angemessen ist, können die Aktionen von Block 790 stattdessen vor den Aktionen von Block 770 oder vor den Aktionen von Block 780 oder vor den Aktionen von Block 785 erfolgen. Block 790 übergibt dann die Steuerung an Block 795.
Bei Block 795 wird das Opfermaterial, das vorhergehend in den Hohlräumen 311, 312 oder dem einzigen Hohlraum 313 deponiert wurde, entfernt. Sollte es sich bei dem Opfermaterial um ein Glas handeln, kann Flusssäure verwendet werden, um dasselbe aus den Hohlräumen 311, 312 oder dem einzigen Hohlraum 313 zu ätzen, wie es angemessen ist. Block 795 beendet dann den Prozess.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des oben angeführten Verfahrens wird die Massenlastschicht 381 auf der ersten piezoelektrischen Schicht 351 des ersten Resonators 111 vor dem Schritt, der die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 hinzufügt, hinzugefügt. In anderen Worten wird die Reihenfolge der Blöcke 770 und 780 umgekehrt.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zum Herstellen der Resonatorstruktur 300 von 3D. Bei geeigneter Modifizierung kann dieser Prozess auch verwendet werden, um eine Struktur wie in 3D, jedoch mit nur dem einzigen Hohlraum 313, wie es in 3B gezeigt ist, zu erzeugen. Bei Block 810 werden die Hohlräume 311, 312 oder der einzige Hohlraum 313 in das Substrat 305 geätzt. Block 810 übergibt dann die Steuerung an Block 820.
Bei Block 820 werden die Hohlräume 311, 312 oder der einzige Hohlraum 313 mit einem Opfermaterial gefüllt. Das Opfermaterial kann später entfernt werden und könnte ein Phosphorquarzglasmaterial sein. Block 820 übergibt dann die Steuerung an Block 825.
Bei Block 825 wird die untere Massenlastschicht 382 hergestellt. Die untere Massenlastschicht 382 kann unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Aufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Der Temperaturkoeffizient der Steifheit der unteren Massenlastschicht 382 bei diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjeni gen der zweiten unteren Elektrode 322 oder der kombinierten unteren Elektrode 321 in dem Fall eines einzigen Hohlraums 313. Es existieren verschiedene Optionen für die untere Massenlastschicht 382, wie es im Vorhergehenden erörtert ist. Sollte es sich bei der unteren Massenlastschicht 382 um ein organisches Material oder ein Harz handeln, könnte das organische Material oder das Harz auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Material geätzt werden, um die untere Massenlastschicht 382 über der ersten oberen Elektrode 331 zurückzulassen. Block 825 übergibt dann die Steuerung an Block 830.
Bei Block 830 werden die erste und die zweite untere Elektrode 321, 322 hergestellt oder es wird eine kombinierte erste untere Elektrode 321 hergestellt. Die erste und die zweite untere Elektrode 321, 322 oder die erste untere Elektrode 321 können unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Molybdän auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer, der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden. Block 830 übergibt dann die Steuerung an Block 840.
Bei Block 840 werden die erste und die zweite piezoelektrische Schicht 351, 352 (bei denen es sich um die gleiche Schicht handeln könnte, die zur gleichen Zeit aufgebracht wird und die hier gemeinsam vor einem Strukturieren als die untere piezoelektrische Waferschicht 350 bezeichnet wird) über der ersten und der zweiten Elektrode 321, 322 oder der kombinierten unteren Elektrode 321 aufgebracht. Erneut werden bekannte Photolithographieschritte verwendet, um die erste und die zweite piezoelektrische Schicht 351, 352 zu definieren und zu erzeugen. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Aluminiumnitrid auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer, der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Aluminiumnitrid geätzt werden. Block 840 übergibt dann die Steuerung an Block 870.
Bei Block 870 werden die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 hergestellt. Die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 können unter Verwendung bekannter Technologien, wie z. B. Metallaufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Beispielsweise könnte eine Schicht aus Molybdän auf die erste und die zweite piezoelektrische Schicht 351, 352 aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf das aufgebrachte Molybdän. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden, um die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 zu erzeugen. Block 870 übergibt dann die Steuerung an Block 880.
Bei Block 880 wird die Massenlastschicht 381 auf der ersten oberen Elektrode 331 des ersten Resonators 111 hinzugefügt. Die Massenlastschicht 381 kann unter Verwendung von bekannten Technologien, wie z. B. Aufbringung und Photolithographie, hergestellt werden. Molybdän könnte z. B. auf einen Wafer aufgebracht werden, gefolgt von dem Schleudern von Photoresist auf den Wafer. Der Photoresist könnte belichtet werden, um den Photoresist geeignet zu strukturieren, der Photoresist könnte nachfolgend entwickelt werden, und dann könnte das Molybdän geätzt werden, um die Massenlastschicht 381 über der ersten oberen Elektrode 331 zurückzulassen. Block 880 übergibt dann die Steuerung an Block 885.
Bei Block 885 werden ein Teil der Dicke der ersten oberen Elektrode 331 und ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 entfernt, oder ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 und ein Teil der Dicke der Massenlastschicht 381 werden entfernt. Wie es angemessen ist, können die Aktionen von Block 885 stattdessen vor den Aktionen von Block 880 erfolgen. Block 885 übergibt dann die Steuerung an Block 890.
Bei Block 890 wird ein Teil der Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 entfernt, während die Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 352 wird entfernt, während die Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 351 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der ersten oberen Elektrode 331 wird entfernt, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 wird entfernt, während die Dicke der ersten oberen Elektrode 331 aufrechterhalten wird, ein Teil der Dicke der Massenlastschicht 381 wird entfernt, während die Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 aufrechterhalten wird, oder ein Teil der Dicke der zweiten oberen Elektrode 332 wird entfernt, während die Dicke der Massenlastschicht 381 aufrechterhalten wird. Wie es angemessen ist, können die Aktionen von Block 890 stattdessen vor den Aktionen von Block 870 oder vor den Aktionen von Block 880 oder vor den Aktionen von Block 885 erfolgen. Block 890 übergibt dann die Steuerung an Block 895.
Bei Block 895 wird das Opfermaterial, das vorhergehend in den. Hohlräumen 311, 312 oder dem einzigen Hohlraum 313 deponiert wurde, entfernt. Sollte es sich bei dem Opfermaterial um ein Glas handeln, kann Flusssäure verwendet werden, um dasselbe aus den Hohlräumen 311, 312 oder dem einzigen Hohlraum 313 zu ätzen, wie es angemessen ist. Block 895 beendet dann den Prozess.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des oben angeführten Verfahrens wird die untere Massenlastschicht 382 unter der ersten piezoelektrischen Schicht 351 des ersten Resonators 111 nach dem Schritt, der die erste und die zweite obere Elektrode 331, 332 hinzufügt, hinzugefügt. In anderen Worten wird die Reihenfolge der Blöcke 825 und 830 umgekehrt.
9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 900 zum Herstellen eines Teils der Schwingschaltung 100 von 1. Bei Block 910 wird ein erster Oszillator 110, der konfiguriert ist, um ein erstes Schwingsignal 115 mit einer ersten Frequenz f₀₁ zu erzeugen, und der einen ersten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1 aufweist, hergestellt. Block 910 übergibt dann die Steuerung an Block 920.
Bei Block 920 wird ein zweiter Oszillator 120 hergestellt, der konfiguriert ist, um ein zweites Schwingsignal 125 mit einer zweiten Frequenz f₀₂ zu erzeugen, und der einen zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2 aufweist, wobei die zweite Frequenz f₀₂ größer ist als die erste Frequenz f₀₁, wobei der zweite Frequenztemperaturkoeffizient T_C2 geringer ist als der erste Frequenztemperaturkoeffizient T_C1, und wobei die Differenz zwischen der zweiten Frequenz f₀₂ multipliziert mit dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C2 und der ersten Frequenz f₀₁ multipliziert mit dem ersten Frequenztemperaturkoeffizienten T_C1 gleich Null ist. Block 920 übergibt dann die Steuerung an Block 930.
Bei Block 930 werden die Ausgänge des ersten und des zweiten Oszillators 110, 120 miteinander verbunden. Block 930 beendet dann den Prozess.
Verschiedene andere Materialien als Aluminiumnitrid können für das piezoelektrische Material bei der ersten unteren piezoelektrischen Schicht 351 und bei der zweiten unteren piezoelektrischen Schicht 352 verwendet werden. Auch können andere Materialien als Molybdän für die unteren Elektroden 321, 322, für die Interstitialschicht 361 und für die oberen Elektroden 331, 332 verwendet werden. Außerdem sind auch verschiedene andere Strukturen möglich.
Bei repräsentativen Ausführungsbeispielen gibt es Oszillatorschaltungen 110, 120, die gepaarte Resonatoren 111, 121 verwenden, deren Resonanzfrequenzen f₀₁, f₀₂ und Frequenzdriftcharakteristika T_C1, T_C2 geeignet eingestellt werden können, um Schwingschaltungen 100 zu ergeben, die eine sehr geringe Frequenzdrift über Temperaturcharakteristika (T_C) aufweisen. Geeignete gepaarte Resonatoren 111, 121 können unter Verwendung von Integrierte-Schaltung-Techniken mit sich daraus ergebenden Vorteilen bezüglich Kosten und Größe gegenüber Quarzkristallen hergestellt werden, die in der Vergangenheit verwendet wurden, um vergleichbare Frequenzdriftcharakteristika zu erhalten. Außerdem können einzelne Resonatoren auch mit anvisierter Resonanzfrequenz und anvisiertem Frequenztemperaturkoeffizienten hergestellt werden.
Bei repräsentativen Ausführungsbeispielen werden zwei Resonatoren 111, 121, die mit der Temperatur mit unterschiedlichen Raten driften, bei Oszillatorschaltungen 110, 120 verwendet, um eine Schwebungsfrequenz f_B zu erzeugen, deren Nettotemperaturdrift T_CC über den vollen Temperaturbereichsstandard für Mobiltelefone, Laptop-Computer und andere vergleichbare Vorrichtungen sehr gering, wenn nicht Null ist. Die Resonatoren können als akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARS) hergestellt und mit einer anderen integrierten Schaltungsanordnung kombiniert werden, um einen Siliziumchip zu ergeben, der in etwa 0,2 Millimeter (mm) dick sein und eine Fläche von weniger als 1 × 1 mm² aufweisen könnte. Außerdem kann das Ausgangssignal relativ frei von Störmoden sein und kann bei einer viel höheren Frequenz als derjenigen eines Quarzresonators liegen. Folglich wird weniger Leistung beim Erzeugen der erforderlichen „reinen" Hochfrequenztöne aufgenommen.
Die repräsentativen Ausführungsbeispiele, die hier im Detail beschrieben worden sind, wurden als Beispiel und nicht als Einschränkung präsentiert. Fachleute werden erkennen, dass verschiedene Veränderungen an der Form und den Details der beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, die zu äquivalenten Ausführungsbeispielen führen, die in dem Schutzbereich der angehängten Ansprüche bleiben.

Claims

Schwingschaltung (100), die folgende Merkmale aufweist: einen ersten Oszillator (110), der konfiguriert ist, um ein erstes Schwingsignal (115) mit einer ersten Frequenz (f₀₁) zu erzeugen, und der einen ersten Frequenztemperaturkoeffizienten (T_C1) aufweist; einen zweiten Oszillator (120), der konfiguriert ist, um ein zweites Schwingsignal (125) mit einer zweiten Frequenz (f₀₂) zu erzeugen, und der einen zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten (T_C2) aufweist, wobei die zweite Frequenz (f₀₂) größer ist als die erste Frequenz (f₀₁), und wobei der zweite Frequenztemperaturkoeffizient (T_C2) geringer ist als der erste Frequenztemperaturkoeffizient (T_C1); und eine Mischerschaltung (130), die konfiguriert ist, um das erste Schwingsignal (115) von dem ersten Oszillator (110) zu empfangen, die konfiguriert ist, um das zweite Schwingsignal (125) von dem zweiten Oszillator (120) zu empfangen, und die konfiguriert ist, um ein Mischersignal (135) aus dem ersten Schwingsignal (115) und dem zweiten Schwingsignal (125) zu erzeugen, wobei das Mischersignal (135) eine Signalkomponente (136) mit einer Schwebungsfrequenz (f_B) aufweist, und wobei die Schwebungsfrequenz (f_B) gleich der Differenz zwischen der zweiten Frequenz (f₀₂) und der ersten Frequenz (f₀₁) ist.
Schwingschaltung (100) gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes Merkmal aufweist: ein Filter (140), das konfiguriert ist, um das Mischersignal (135) von der Mischerschaltung (130) zu empfangen, um Schwebungsfrequenzsignale durchzulassen und um Signale mit einer Frequenz (f_S) zu sperren, die gleich der Summe der zweiten Frequenz (f₀₂) und der ersten Frequenz (f₀₁) ist.
Schwingschaltung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Oszillator (110) einen ersten Resonator (111) aufweist, wobei der zweite Oszillator (120) einen zweiten Resonator (121) aufweist, wobei die Resonanzfrequenz des ersten Resonators (111) die erste Frequenz (f₀₁) ist, und wobei die Resonanzfrequenz des zweiten Resonators (121) die zweite Frequenz (f₀₂) ist.
Schwingschaltung (100) gemäß Anspruch 3, bei der der erste und der zweite Resonator (111, 121) an dem gleichen Halbleitersubstrat (305) hergestellt sind.
Schwingschaltung (100) gemäß Anspruch 4, bei der der erste und der zweite Resonator (111, 121) aus der Gruppe ausgewählt sind, die akustische Dünnfilmvolumenresonatoren und akustische Oberflächenwellenresonatoren umfasst.
Verfahren (900) zum Herstellen einer Schwingschaltung (100), das folgende Schritte aufweist: Herstellen eines ersten Oszillators (110), der konfiguriert ist, um ein erstes Schwingsignal (115) mit einer ersten Frequenz (f₀₁) zu erzeugen, und der einen ersten Frequenztemperaturkoeffizienten (T_C1) aufweist; Herstellen eines zweiten Oszillators (120), der konfiguriert ist, um ein zweites Schwingsignal (125) mit einer zweiten Frequenz (f₀₂) zu erzeugen, und der einen zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten (T_C2) aufweist, wobei die zweite Frequenz (f₀₂) größer als die erste Frequenz (f₀₁) ist, wobei der zweite Frequenztemperaturkoeffizient (T_C2) geringer ist als der erste Frequenztemperaturkoeffizient (T_C1), und wobei die Differenz zwischen der zweiten Frequenz (f₀₂) multipliziert mit dem zweiten Frequenztemperaturkoeffizienten (T_C2) und der ersten Frequenz (f₀₁) multipliziert mit dem ersten Frequenztemperaturkoeffizienten (T_C1) gleich Null ist; und Verbinden der Ausgänge des ersten und des zweiten Oszillators (110, 120) miteinander.
Verfahren (900) gemäß Anspruch 6, wobei der erste Oszillator (110) einen ersten Resonator (111) aufweist, wobei der zweite Oszillator (120) einen zweiten Resonator (121) aufweist, wobei die Resonanzfrequenz des ersten Resonators (111) die erste Frequenz (f₀₁) ist, und wobei die Resonanzfrequenz des zweiten Resonators (121) die zweite Frequenz (f₀₂) ist.
Verfahren (900) gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem der erste und der zweite Resonator (111, 121) an dem gleichen Halbleitersubstrat (305) hergestellt werden.
Verfahren (900) gemäß Anspruch 8, bei dem der erste und der zweite Resonator (111, 121) akustische Dünnfilmvolumenresonatoren sind.