KR100896880B1 - 일체형 미세역학 음차 공명기를 구비한 타임 베이스 - Google Patents

일체형 미세역학 음차 공명기를 구비한 타임 베이스 Download PDF

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Abstract

공명기를 진동으로 구동하고, 이 진동에 반응해 측정된 주파수를 갖는 신호를 발생시키기 위해 미세역학미세역학 음차 공명기(4)와 일체인 전자회로(3)를 구비한 타임 베이스가 기술된다. 상기 공명기는 기판(2) 상부에 지지되고 이 기판에 평행한 평면에서 진동하도록 일체로 형성된 미세역학 음차공명기(4)이다. 상기 음차 공명기는 기판으로부터 대체로 수직으로 연장된 베이스 부재(5), 이 베이스 부재에 연결되고 대체로 평행한 적어도 한 쌍의 음차 가지들(7,8)을 포함하는 자립형 진동 구조물(6), 그리고 이 음차 가지들에 인접해 배치되어 일체형 전자회로에 연결되는 전극 구조물(9)로 이루어진다.

Description

일체형 미세역학 음차 공명기를 구비한 타임 베이스 {TIME BASE COMPRISING AN INTEGRATED MICROMECHANICAL TUNING FORK RESONATOR}
본 발명은 타임 베이스(time base), 즉 공명기(resonator)와, 공명을 진동으로 구동시켜, 이 진동에 응하여 정해진 주파수의 신호를 산출하는 일체형 전자회로를 구비한 장치에 관계된다.
타임 베이스 또는 주파수 표준기(frequency standards)는 손목시계 및 다른 정밀 시계에서 복잡한 전기통신 장치에 걸쳐 광범위한 전자 장치에 요구된다. 그러한 타임 베이스는 보통 석영 공명기 및 공명을 진동으로 구동하는 전자회로를 포함한 발진기(oscillator)로 만들어진다. 낮은 주파수를 얻기 위해 발진기에 의해 생긴 신호의 주파수를 나누는데 추가 분할회로(division chain)가 사용된다. 회로의 다른 부분들은 예를 들면 분할회로의 분할율(division ratio)을 조정하는 것과 같이 주파수를 조정하는데 알맞다. 전자회로의 소자들은 CMOS 기술에 속한 단일 반도체기판에 집적된다. 주파수 처리에 직접 관계되지 않는 다른 특징들이 동일한 기판에서 조정될 수도 있다.
석영 공명기의 장점은 우수한 온도 안정성뿐만 아니라 우수한 주파수 안정성 및 낮은 전력소모를 이끄는 고품질계수(high quality factor Q)이다. 그러나 석영 공명기를 사용하는 통상적인 타임 베이스의 단점은 고정밀 주파수를 제공하기 위해 두 가지 부품, 즉 석영 공명기와 집적 전자회로가 요구된다는 것이다. 분리된 석영 공명기는 기판 공간을 요구하는데 이 공간은 대부분 부족하다. 예를 들어 손목시계에 사용되는 표준 석영 공명기는 약 2x2x6㎣의 공간을 필요로 한다. 또한 두 부품을 조립하고 결합시키는데 추가 비용이 든다. 그럼에도 공간과 조립비용은 휴대용 전자장치의 성장분야에서 특히 중요한 문제이다.
따라서 본 발명의 주요한 목적은 일체형 공명기를 구비한 타임 베이스를 제공하여 전술된 문제점에 대한 해법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단일 기판에 완전 통합되어 대량생산에 적합하고 CMOS 기술과 조화되는 타임 베이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 향상된 품질인자(Q)와 그로 인해 더 높아진 주파수 안정성과 낮은 동력소비를 나타내는 공명기를 구비한 타임 베이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저렴하고 반도체 칩에서 매우 작은 표면적만을 필요로 하는 이와 같은 타임 베이스를 제공하는 것이다.
따라서 상기 공명기를 진동으로 구동하고 상기 진동에 응하여, 결정된 주파수의 신호를 산출하는 공명기와 일체형 전자회로를 구비한 타임 베이스가 제공되는데, 상기 공명기는 상기 기판에 사실상 평행한 평면에서 제 1 진동 모드에 따라, 기판 위에 지원되고 진동하도록 적응된 일체형 미세역학 음차 공명기(integrated micromechanical tuning fork)인데, 상기 미세역학 음차 공명기는 상기 기판으로부터 사실상 직각으로 연장되는 베이스 부재를 구비하며, 자립형(free-standing) 진동 구조가 상기 베이스 부재에 결합되어 상기 평면에 배치된 사실상 평행한 하나이상의 음차 가지(tines)쌍을 구비하고, 전극 구조는 상기 음차 가지에 인접해 배치되어 상기 일체형 전자회로에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 타임 베이스의 장점은 미세역학 음차 공명기가 고품질 계수(Q)를 나타낸다는 점에 있다. 50'000 정도로 높은 품질 계수는 종래의 석영 공명기를 사용하던 것과 같은 순서로 측정된다.
품질계수(Q)는 공기저항 및 진동하는 공명기 재료의 고유손실(intrinsic losses)에 의해 측정된다. 공명기가 진공상태에서 작동된다면 공기저항은 무시할 수 있다. 고유손실은 공명기 디자인뿐만 아니라 재료에 종속적이다. 석영 또는 규소(silicon)와 같은 결정질(crystalline materials)로 만들어진 공명기는 고품질계수(high-Q)의 진동을 할 수 있는 것으로 공지되어 있다. 또한 클램핑(clamping), 즉 공명기 부분의 역학적 지지는 동적 거동(dynamic behaviour)에 크게 영향을 미친다. 본 발명에 따라 음차 공명기는 진동하는 동안 전체 구조의 무게중심(the centre of gravity)이 움직이지 않고 음차의 굽힘 모멘트(bending moments)가 베이스 부재의 비교적 작은 영역에서 보상될 수 있도록 설계되고 구동된다.
고품질계수(Q)를 위한 다른 디자인 특징들은 종속항들의 목적이며 이하에 상세히 기술된다.
또한 주어진 공진주파수를 위해, 음차 공명기를 형성하는 기판에 요구되는 표면적은 다른 공명기와 비교해 작다. 예를 들어 32kHz의 주파수에 맞게 설계된 본 발명에 따른 음차 공명기는 같은 출원인이 2000년 11월 1일에 제출한 계류 중인 국제 출원 번호 PCT/CH00/00583에 설명된 실리콘 링 공명기(silicon ring resonator)가 필요로 하는 칩 면적보다 작은 약 0.2㎟의 칩 면적을 필요로 한다.
본 발명의 한 관점에 따라 전자회로는 미세역학 음차 공명기와 함께 기판에 통합되어 타임 베이스의 비용을 낮춘다. 웨이퍼 접합기술(wafer-bonding technology)을 이용하는 배치 공정(batch-process)의 웨이퍼 레벨(wafer-level)에서 공명기를 진공밀봉(vacuum-sealing)하여도 가격이 낮아진다.
음차 구조는 가속, 회전 또는 변형(strain) 센서와 같이 상이한 유형의 센서 활용을 위한 공진구조로 추천된다. 이러한 센서 구조는 그러나 고정밀 타임 베이스를 획득하기 위해 고품질계수가 주요 목적인 본 발명에서와 같은 지침에 따라 최적 활용되지 않는다.
예를 들어 요시노(Yoshino) 등의 미국 특허 번호 5,747,691은 단결정 실리콘 기판(single crystalline silicon substrate)으로 만든 음차형 진동성 소자(tuning fork-shaped vibratory element)를 기술한다. 음차의 가지는 외력이 가해질 때 진동에 수직 방향에서 암(arm)의 굽힘을 허용하도록 얇은 영역과 두꺼운 영역을 갖는다. 공진소자는 센서 활용에 관하여 최적 활용된다.
피츠패트릭(Fitzpatrick) 등의 영국 특허 번호 2,300,047 은 삼차원 동작 감지(motion detection)를 위해 음차 센서 조립체를 설명한다.
또 다른 문서, 예를 들면 젠센(Jensen) 등의 WO 91/03716, 그린우드(Greenwood) 등의 GB 2,162,314, 놀링(Norling) 등의 US 4,912,990 또는 미세전자기계 시스템즈(microelectromechanical Systems)의 정기간행물 9판 1호(2000) 페이지 104ff에서 비비(Beeby) 등의 기사는 양방향 음차의 형태로 미세기계 실리콘 공진 변형 게이지를 기술한다.
그러나 전술된 문서들은 모두 주파수 표준기 또는 타임 베이스로 기능하는 발진기 회로의 이와 같은 음차 공명기의 사용을 표시하거나 제안하지 않는다. 또한 이러한 문서에 공개된 음차 공명기의 많은 디자인 특징들은 주파수 안정성 및 낮은 전력소비가 필수적인 시계 응용에 덜 적합하게 한다.
이방성 식각된 진동 음차 구조물은 본 발명자들에 의해 사전에 설명되었다. 그러나 구조물의 이방성 식각은 차례로 그러한 음차 공명기를 위한 낮은 품질계수를 초래하는, 음차의 상이한 길이를 반드시 생기게 한다. 이러한 이방성 식각 음차 공명기의 제작법 및 단점은 모두 제목이 "(110)-실리콘으로 만든 음차 공명기에 관한 출원인 - 재산화(reoxidation) 공정을 이용한 볼록한 모서리의 구조" 인, 유로센서(Eurosensors)회보 ?, 1권(1998) 381~384 페이지에 발표된 엠. 지오소프(M. Giousouf) 등의 기사, 또는 센서와 액추에이터 76권(1999) 416-424 페이지에 발표된 엠. 지오소프 등의 기사에서 보다 상세히 논의된다. 당해업자는 이런 유형의 공진 구조가 고정밀 타임 베이스를 만드는데 부적당한 것으로 쉽게 이해할 것이다. 약 1000 정도의 Q 인자(Q factor)는 이러한 구조에서 진공으로 측정되는데 주파수 표준기로 적용하기에는 너무 낮다.
본 발명에 따른 음차 공명기는 높은 품질계수(Q)를 갖고 전력소비가 낮은 진 동을 일으키며, 칩에서 매우 적은 표면적을 필요로 하도록 최적 활용된다. 공명기는 휴대용 전자장치에서 전원으로 전지를 사용 가능한 1V 정도의 낮은 전압에서 구동될 수 있다. 또한 디자인 특성이 나타나, 공정 변화(technological process variations)에 관해 향상된 공차로 인해 이러한 공명기의 대량생산을 돕는다.
본 발명의 다른 관점에 따라 타임 베이스가 산출한 신호 주파수의 온도 영향을 보상하기 위해 온도측정 회로가 기판에 통합된다. 공명기의 온도 의존은, 본 발명의 음차 공명기가 대체로 선형 온도특성을 나타내는 장점을 갖고 있기 때문에 쉽게 보상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 제 2 미세역학 음차 공명기가 온도 보상을 허용하기 위해 동일한 기판에 구성된다. 본 발명의 다른 관점에 따라, 온도는 또한 상이한 공진 주파수를 갖는 두 가지 진동 모드로 동시에 작동되는 단일 미세역학 음차 공명기를 이용해 보상된다.
본 발명의 다른 관점, 특징 및 장점들은 첨부 도면에 관한 비제한적 예시 및 실시예들의 다음 상세설명으로 명백해진다.
도 1 은 미세역학 음차 공명기와 일체형 전자회로를 구비한 본 발명에 다른 타임 베이스를 개략적으로 도시한 상부도;
도 2 는 실리콘 표면 미세가공 기술로 구현된 미세역학 음차 공명기를 구비한 도 1 타임 베이스의 제 1 실시예의 상부도;
도 2a 와 도 2b 는 각각 A-A' 선과 B-B' 선을 지나는 도 2 실시예의 두 가지 횡단면도;
도 3 은 SOI(silicon-on-insulator) 기판과 같은 매립형 산화막이 있는 기판을 이용해 제조되는 미세역학 음차 공명기를 구비한, 도 1 타임 베이스의 제 2 실시예 상부도;
도 3a 와 도 3b 는 각각 A-A' 선과 B-B' 선을 지나는, 도 3 실시예의 두 가지 횡단면도;
도 4 는 매립형 산화막이 있는 기판을 이용해 음차 가지를 해제하기 위해 기판의 배면에 식각하여 제조되는 미세역학 음차 공명기를 구비한, 도 1 타임 베이스의 제 3 실시예 상부도;
도 4a 와 도 4b 는 각각 A-A' 선과 B-B' 선을 지나는, 도 4 실시예의 두 가지 횡단면도;
도 5a 와 도 5b 는 음차 가지가 각각 비대칭 또는 동상(同相)법("in-phase") 및 대칭 또는 역상("anti-phase")법으로 진동하는 제 1 및 제 2 면내(in-plane) 진동모드를 도시한 도면;
도 6a 와 도 6b 는 빗 형상의(comb-shaped) 전극 구조 디자인의 예시를 도시하는 두 가지 부분 상부도;
도 7 은 전극에 가해진 전압과, 음차 가지의 결과 정전기력 사이의 관계를 도시한 다이어그램;
도 8a 내지 도 8c 는 전극 구조에서 음차 가지가 교착되지 않도록 만들어진 세 가지 상이한 디자인의 부분 상부도;
도 9 는 도 2 에 도시된 제 1 실시예의 개량형을 도시한 상부도;
도 9a 는 A-A' 선을 지나는, 도 9 실시예의 횡단면도;
도 10 은 내부에 오프닝이 있는 공명기의 음차 가지의 부분도;
도 11 은 같은 베이스 부재를 공유하고 두 가지 상이한 공진 주파수를 나타내도록 설계된 두 가지 음차 공명기 도면;
도 12 는 음차 가지가 기판 면에 수직 대향방향에서 수직 진동하는 제 2 진동 모드를 도시한 상부도;
도 12a 와 도 12b 는 각각 A-A' 선과 B-B' 선을 지나는, 도 12 의 두 가지 횡단면도.
* 부호설명 *
2 : 기판 3 : 일체형 전자회로
4 : 음차 공명기 5 : 베이스 부재
6 : 자립형 진동 구조물 7,8 : 음차 가지
11,12,13 : 전도체 20,22 : 산화층
25 : 기초 절연층 26,65 : 오프닝
28 : 정지기구 31 : 도전 패턴
71,81 : 빗형상의 구조 82,94 : 전극 부재
91,92 : 빗형상의 전극 구조물 100,120 : 전극
도면의 치수는 일정한 비율이 아니다.
도 1 은 본 발명에 따른 타임 베이스의 상부도를 개략적으로 도시한다. 일체형 타임 베이스는 도시되어 전체적으로 참조 숫자 1 로 표시되며,미세역학 음차 공명기(4), 공명기를 진동으로 구동하고 이러한 진동에 응하여 결정된 주파수를 갖는 신호를 발생시키는 일체형 전자회로(3)로 이루어진다. 일체형 전자회로(3)는 이 회로를 당해업자가 쉽게 설계할 수 있기 때문에 상세히 도시되지 않는다. 일체형 전자회로(3)와미세역학 음차 공명기(4)는 모두 도 1 에 도시된 바와 같이, 전체적으로 참조 숫자 2 로 표시된, 동일한 기판에 구현되어 통합되는 것이 선호된다. 선호된 기판 재료는 실리콘이지만 본 발명의 타임 베이스를 구현하는데 똑같이 적당한 것으로 당해업자에게 공지된 다른 유사한 재료들도 사용할 수 있다.
본 발명에 따라,미세역학 음차 공명기(4)는 모놀리식(monolithic) 미세역학 음차 공명기 형태로 구현된다.미세역학 음차 공명기(4)는 기판(2) 위에 지원되고 이 기판(2)과 평행한 평면에서 진동하도록 적응된다. 음차미세역학 음차 공명기(4)는 본질적으로 기판(2)으로부터 수직으로 연장되는 베이스 부재(5), 참조 숫자 6 으로 전체적으로 표시되어 베이스 부재(5)에 연결되고, 기판(2)에 평행하게 배치된 대체로 평행한 한 쌍의 음차 가지들(7,8)을 구비하는 자립형 진동 구조를 포함한다. 음차미세역학 음차 공명기(4)와 기판(2) 사이의 기계적 연결은 자립형 이동 가지들(7,8)을 초래하는 음차 베이스 부재(5)뿐 인 것은 주의할 만하다.
음차미세역학 음차 공명기(4)는 또한 이하에 보다 상세히 설명될 것과 같이,미세역학 음차 공명기(4)를 진동으로 구동하고 이 진동을 감지하는 전극 구조물(9)을 구비한다.
본 발명의 선호된 실시예에 따라, 빗 형상의 구조물(71,81)는 각각 음차 가지들(7,8)에 제공된다. 이러한 빗 형상의 구조들(71,81)은 음차 공명기의 전극 구조물(9)의 일부를 형성하고, 각각의 음차 가지(7,8)의 측면으로부터 대체로 수직으로 연장되는 제 1 전극 부재들(72,82)을 구비한다. 도 1 의 삽화에서, 이러한 전극 부재들(72,82)은 음차 가지들(7,8)의 외부에, 즉 음차 가지들 사이에 존재하는 간격과 이격되어 제공된다. 선택적으로, 빗 형상의 구조는 음차 가지(7,8) 내부에 제공된다. 이러한 선택은 그 사이에(음차 가지(7,8)끼리 서로 이웃해) 얼마간의 전극들을 조화시키기 위해 음차들 사이에 넓은 간격을 필요로 한다. 그러나 넓은 간격은 음차들 사이의 결합을 줄이고 바람직한 역상 진동(도 5b)의 품질 계수(Q)를 떨어뜨린다.
전극 구조물(9)는 또한 도 1 의 예에서, 각각 참조번호 91과 92로 표시되어 빗 형상의 구조물(71,81)와 맞물리도록 음차들(7,8)과 나란히 기판(2)에 배치되는, 제 1 및 제 2 빗 형상의 전극 구조를 구비한다한다. 보다 상세히, 제 1 빗 형상의 전극구조물(91)는 제 1 전극 부재들(72)이 제 2 전극 부재들(93)에 인접하도록 제 2 전극 부재(93)와, 빗 형상의 구조물(71)의 메쉬(meshes)를 구비하고, 제 2 빗 형상의 전극구조물(92)는 제 1 전극 부재들(82)이 제 2 전극 부재(94)에 인접하도록 제 2 전극 부재(94)와, 빗 형상의 구조물(81)의 메쉬들을 구비한다.
음차(7,8) 및 빗형상의 전극 구조들(91,92)에 제공된 빗 형상의 구조들은 절대적으로 필요한 것은 아니라는 것이 이해될 것이다. 그러나 맞물리는 빗 형상의 구조를 이용하면 낮은 전력소비로 높은 위상의 전이(high phase shift)를 얻을 수 있기 때문에 특히 유리하다. 또한 빗 형상의 구조가 사용된다면 적용된 전압의 공진 주파수 의존성이 매우 감소된다.
제 1 변형에 따라, 제 1 빗 형상의 전극 구조물(91)는 음차미세역학 음차 공명기(4)를 진동으로 정전기적으로 구동하고, 음차미세역학 음차 공명기(4) 대향면에 배치된 빗 형상의 전극 구조물(92)는 공명기의 진동을 용량성으로 감지한다. 따라서 도체(11,12,13)는 각각 베이스 부재(5)를 통해 제 1 빗 형상의 전극 구조물(91), 제 2 빗 형상의 전극 구조물(92) 및 음차(4)를 (도시되지 않은)음차를 공명으로 구동시키는 발진기 회로를 포함하는 일체형 전자회로(3)에 연결시킨다. 결과적인 고안정성 주파수 신호는 또한 예를 들면 저주파수의 신호를 얻기 위해 주파수 분할기(frequency divider)에서 결과 신호의 주파수를 분할함으로서, 일체형 회로(3)로 처리될 수 있다.
단 하나의 빗형상의 전극 구조, 즉 빗형상의 전극 구조물(91)이 구동 전극으로 사용되는 점에도 불구하고 한 음차에서 유도된 진동이 베이스 부재(5)를 통해 다른 음차로 전도될 것이기 때문에 양 음차들은 진동으로 구동될 것임이 지적되어야 한다.
공명기는 본질적으로 두 가지 기본적인 면내 진동 양식을 나타내는 것에 주목한다. 제 1 진동 양식은 양 음차들이 같은 방향에서 진동하는 두 음차의 비대칭 진동에 있다. 제 2 진동 양식은 양 음차들이 대향 방향에서 진동하는 음차의 대칭 진동에 있다. 이러한 두 가지 면내 진동양식은 진동 폭이 설명을 위해 과대화된 도 5a 와 도 5b 에 개략적으로 도시된다. "역상" 진동 모드로 기술된 제 2 진동 양식은 이러한 제 2 진동 양식에 따라 공명 구조의 무게중심이 사실상 정지해 있기 때문에 제 1 양식보다 선호되는 것을 이해된다. 제 2 진동 양식과 대조적으로, 비대칭 진동은 높은 에너지 손실을 이끌어 진동을 더욱 감쇄시킬 것이다.
다른 변형에 따라, 제 1 및 제 2 빗 형상의 전극 구조물(91,92)는 서로 결합되어 모두 구동 전극으로 사용된다. 그로 인해 도 5b 에 도시된 바와 같이 음차(7,8)의 역상 진동이 선호적으로 야기된다. 이 경우, 공명기의 진동을 감지하는 것은 임피던스(impedance)를 측정하여 공명시 임피던스 전이를 탐지함으로서 유리하게 행해진다.
공명기 구조는 광범위하게 상이한 기술공정으로 얻어질 수 있다. 기판 미세가공(bulk micromachining)된 표면의 조합뿐만 아니라 실리콘 표면 미세가공이 이용된다. 도 2,3 및 도 4 는 상이한 세 가지 미세가공 기술에 따라 얻어진 공명 구조의 비제한적인 세 가지 예시들을 도시한다. 본 발명의 음차 공명기를 구현하는데 동등하게 적절한 것으로 당해업자에게 공지된 다른 기술들이 사용될 수도 있다. 도 2a,3a,4a 및 도 2b,3b,4b 는 각각 선 A-A' 와 선 B-B'를 지나는 도 2,3,4 공명기의 횡단면도이다.
도 2 는 알맞은 기판(2)의 상부에 표면 미세가공 기술로 조립된 음차미세역학 음차 공명기(4)를 개략적으로 도시하는데, 이러한 기판은 선호적으로 실리콘 웨이퍼이다. 제 1 기술에 따라, 폴리 실리콘(poly-silicon)층은 산화 실리콘(silicon oxide)과 같은 소위 희생층(sacrificial layer)의 상부에 증착된다. 이러한 폴리 실리콘 층을 구축한 뒤에, 상기 희생층은 음차 가지들을 배출하고 고명기의 구조를 형성하기 위해 부분적으로 제거된다.
도 2,2a,2b 에 도시된 예시를 보다 엄밀히 참조하면, 제 1 절연 산화층(20)이 예를 들어 반도체 기판(2) 위에 증착된다. 폴리 실리콘과 같은 제 1 전도성 물질(30)은 제 1 산화층(20) 상부에 증착될 수 있다. 구축된 뒤에, 이 층(30)은 각각 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 빗형상의 전극 구조물(91), 제 2 빗형상의 전극 구조물(92) 및 베이스 부재(5)에 전도체(11,12,13)를 형성한다. 선택적으로 전도체(11,12,13)는 기판에서 도핑되거나 금속화된 구역일 수 있다. 다른 산화층(22)이 그 뒤 제 1 산화층(20) 및 구조층(30)의 상부에 증착된다. 이러한 제 2 산화층(22)은 전도성 물질(30)의 기초층(underlying layer)에 대한 전기 접촉을 허용하는 제 2 산화층(22)에 오프닝을 제공하도록 선택적으로 식각된다. 그 뒤 폴리 실리콘과 같은 제 2 전도성 물질(32) 층은 산화층(22)에 식각된 결합 오프닝에 뿐만 아니라 제 2 (희생) 산화층(22)의 상부에 증착된다.
최종적으로, 제 2 전도성 물질(32) 층은 미세역학 음차 공명기(4)의 구조, 즉 베이스 부재(5)와 음차 가지들(7,8), 뿐만 아니라 빗형상의 전극 구조물들(91,92)을 형성하도록 패터닝(patterned)되어 식각된다. 층(32)을 구축한 뒤에, 희생층(22)은 음차 가지들(7,8)을 해제하도록 부분적으로 제거된다. 상기 층(22)은 또한 도 2a 와 도 2b 에 도시된 바와 같이 베이스 부재(5) 및 빗형상의 전극 구조물(91,92)하부에서 적어도 부분적으로 제거되는 것으로 이해될 것이다. 그러나 베이스 부재(5)와 빗형상의 전극 구조물(91,92)는 산화층(22)의 식각되지 않은 부분(22a)과, 기초 전도체(11,12,13)에 미세역학 음차 공명기(4)와 빗형상의 전극 구조물(91,92)을 연결하는 전도성 물질(32a)에 의해 지지될 것이다.
도 3 은 예를 들면 이른바 SOI(silicon-on-insulator) 기판에서 매립형 산화층으로 만드는 다소 상이한 기술에 의해 제조된 음차미세역학 음차 공명기(4)를 개략적으로 도시한다. 상부 실리콘 층을 구조한 뒤, 산화층은 음차 가지들을 해제하기 위해 부분적으로 제거된다.
보다 상세히 도 3,3a,3b를 참조로, 참조 번호 35 로 표시된 상부 실리콘 층은미세역학 음차 공명기(4)와 빗형상의 전극 구조물(91,92)을 형성할 수 있도록 구조된다. 선택적으로 전도체(11,12,13)가 또한 층(35)에 형성될 수 있다. 상부 실리콘 층(35)을 구조한 뒤에, 실리콘 층(35)의 식각에 따라 노출된 기초 절연층(25)은 음차 가지들(7,8)을 해제하도록 식각된다. 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이, (전도체들(11,12)뿐만 아니라) 베이스 부재(5)와 빗형상의 전극 구조물(91,92)은 식각 과정 후에 절연층(25)의 일부가 남아있어서 도 3a 와 도 3b 의 횡단면도에 도시된 것처럼, 기초 실리콘 층(35)을 여전히 지지하게 하기 위해 음차 가지들(7,8)보다 더 큰 표면적을 드러내도록 설계되어야 한다.
도 4 는 예를 들면 SOI 기판에 매립형 산화층을 이용하는 제 3 의 기술로 제조된 음차미세역학 음차 공명기(4)를 개략적으로 도시한다. 이 때, 상부 실리콘 층을 구조한 뒤, 기판의 배면은 음차 가지들을 해제할 수 있게 하는 윈도우를 개방하도록 식각된다.
보다 상세히 도 4,4a,4b를 참조로, 상부 실리콘 층(35)은미세역학 음차 공명기(4)와 빗형상의 전극 구조물(91,92)을 형성하도록 구조된다. 이러한 단계는 도 3 에 도시된 제 2 기술에 따라 구현된 것과 유사하다. 그러나 그에 따라 윈도우(27)는 예를 들면 KOH 또는 TMAH와 같은 화학 식각제를 이용해 기판(2)의 배면에 식각된다. 오프닝(26)은 그 뒤 절연층(25)에 식각되어 음차 가지들(7,8)을 해제시킨다. 이것은 음차 가지들이 (낮은 주파수를 위해 긴 가지들의 제조를 허용하는)기판에 교착될 수 없는 이점을 갖고 있지만, 진공 상태에서 공명기를 작동시키기 위해 기판의 양 측면(상부 및 하부)에 공명기 공동을 밀봉할 것이 요구되는 단점을 갖고 있다.
칩 레벨에서 공명 구조의 진공 밀봉은 정전 접합(anodic bonding)또는 당해업자에게 공지된 실리콘 간 접합(silicon-silicon bonding)과 같은 배치 공정 기술에 의해 행해질 수 있다.
모든 전술된 제조 기술들에 있어서 추가 단계들은 다른 전도성 또는 비전도성 층을 형성하도록 제공되는 것으로 이해될 것이다. 또한 도 3 과 도 4 의 공명구조에 관해서, 실리콘 층(35)의 전도체(11,12,13)는 상기 구조의 각 부분에 연결된 추가 전도층 또는 이러한 부분에 직접 접합된 와이어로 대체될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
전술된 바와 같이, 공명기 가지들은 선호적으로 빗 형상의 전극 구조들과 맞물리는 빗 형상의 구조들을 구비한다. 도 6a 는 설계의 제 1 변형에 따른 공명기 의 제 1 음차 가지(7)의 자유단부(7a)의 상세 부분도를 도시한다. 여기서 (도 6a 에 도시되지 않은 전극 부재들(82,94)뿐만 아니라) 제 1 음차 가지(7)의 제 1 및 제 2 전극 부재들(72,93)과 빗형상의 전극 구조물(91)은 각각 원호 형태이다. 이들의 반경은 전체 진동시간동안 음차 가지 커브선(bending line)의 고정점(fixed point)의 움직임을 따르도록 선택되므로 음차 가지(7)(각각 8) 또는 빗형상의 전극 구조물(91)(각각 92) 위치의 함수이다.
도 6b 는 인접한 전극 부재들 사이의 간격이 음차 가지의 길이에 따라 변하는 빗 형상의 구조 디자인의 다른 변형의 상세 부분도를 도시한다. 보다 상세히 인접한 전극 부재들 사이의 간격은 음차 가지들의 자유단부에서 좁혀진다. 인접한 전극 부재들 사이의 간격이 작을수록 용량성 결합(capacitive coupling)이 국부적으로 증가하여 가지의 상응하는 부분의 정전기력이 더 커진다. 이런 식으로 빗 형상의 구조를 설계함으로서 도 5b 에 도시된 선호된 기본적인 대칭 면내 진동모드를 지원할 수 있으며 제 1 고조파(harmonic)에서 음차의 진동을 피할 수 있다. (도시되지 않은) 다른 변형에서, 바람직한 진동양식을 일으키기 위해 전극 부재들의 길이는 음차 가지 길이에 따라 변할 수 있다. 전술된 바와 같이, 제 1 변형에 따라, 도 1 실시예에 도시된 빗 형상의 전극 구조물(91)는 음차 공명기를 진동으로 정전기적으로 구동시키고, 맞은편 빗 형상의 전극 구조물(92)는 이러한 기계적 진동을 용량적으로 감지한다. 교류전압 신호(alternating voltage signal)가 빗형상의 전극 구조물(91)에 적용되어 제 1 음차 가지(7)의 정전기력과 진동을 초래하되 진동은 다른 가지(8)로 전달된다. 제 2 음차 가지(8)의 이러한 진동은 차례로 공명기가 작동할 때 맞은편의 일련의 빗형상의 전극 구조물(92)에 교류 신호를 차례로 야기한다. 빗형상의 전극 구조물들(91,92)은 완전히 교체 가능한 것으로 이해된다.
공명기를 진동으로 구동하는데 이용된 정전기적 구동원리에 따르면 전극들에 가해진 전압과, 음차 가지들의 결과적인 힘 사이에 포물선 관계가 나타난다. 따라서 사실상 선형 힘-전압 관계를 얻기 위해 교류 전압에 일정한 직류 전압을 더하는 것이 바람직하다. 도 7 은 포물선 관계와, 폭(Uac)이 Udc 보다 매우 작은 교류 전압(Uac)에 일정한 직류 전압(Udc)을 가하는 힘-전압 관계의 선형화를 개략적으로 도시한다.
도 1 의 개략적 표현에는, 각각 제 1 빗형상의 전극 구조물(91), 제 2 빗형상의 전극 구조물(92) 및 음차의 베이스 부재(5)에 연결되는 세 가지 신호선들 또는 전도체(11내지13)들이 도시된다.
제 1 변형에 따라, 전도체(13)는 베이스 부재(5)를 통해 음차 공명기에 정격 전압(direct voltage) 소자를 적용하는데 사용되지만 교류 전압 소자는 전도체(11)를 통해 제 1 빗형상의 전극 구조물(91)에 적용되고, 전도체(12)는 제 2 빗형상의 전극 구조물(92)에서 유도된 결과 신호를 감지하는데 사용된다. 제 2 변형에 따라, 음차 공명기가 전도체(13)를 통해 예를 들면 지면과 같은 고정된 전위에 구속되는 반면, 교류 구동전압과 정격전압 소자는 전도체(11)를 통해 제 1 전극 구조물(91)위에 중첩될 수 있다. 이 경우 전도체(12)는 신호를 감지하는데 이용된다. 다시 빗형상의 전극 구조물들(91,92)은 교환 가능하고 제 2 빗형상의 전극 구조물(92)는 선택적으로 공명기를 진동으로 구동하는데 사용되며, 제 1 빗형상의 전극 구조물(91)는 감지에 이용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
선택적으로 전극 구조물(9)는 구동만을 위해 사용되고, 공명시 임피던스의 변화를 탐지함으로서 감지가 이루어진다. 예를 들어 빗형상의 전극 구조물들(91,92)은 함께 결합되거나 하나의 빗형상의 전극 구조만이 공명기를 진동으로 구동하는데 이용될 수도 있다. 제 1 변형에 따라, 선택적 구동 전압이 일련의 전극구조에 가해지고, 정격전압 소자가 음차에 적용된다. 다른 변형에 따라, 교류 및 정격 구동전압의 합이 일련의 전극 구조에 가해지되, 음차는 이 경우 예를 들면 지면과 같은 고정 전위에 구속된다.
다수의 다른 전극 배치가 공명기를 진동으로 구동하고 결국 결과 움직임을 감지하는데 이용될 수 있는 것으로 당해업자에게 명백해질 것이다. 도 1 에 도시된 배치는 따라서 본 발명의 제한이 되는 것으로 고려되지 않는다. 예를 들어 음차들 사이의 간격은 그 사이에서 구동 전극구조 또는 감지 전극구조로 이용될 수 있는 전극 구조를 수용하도록 증가될 수도 있다.
도 8a 내지 도 8c 는 전격(shock)의 경우 공명기의 음차 가지들이 전극에 교착되지 못하도록 의도된 세 가지 다른 유리한 디자인 특징들을 도시한다. 도 8a 에 도시된 제 1 변형에 따라, 전극 부재들(72)(동일한 것이 전극 부재(82)에도 적용된다) 중 적어도 하나(72*)가 다른 것들보다 길게 만들어질 수 있어서, 빗 형상의 구조물(71)와 빗 형상의 전극 구조물(91)(또는 81,93)가 서로 기계적으로 접촉하게 될 때 점착력을 감소시킨다. 명백히, 전극 부재들(93)(또는 제 2 음차 가지에 관한 94) 중 하나가 다른 것들보다 길 때, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
선택적으로, 도 8b 에 도시된 바와 같이, 전극 부재(72)의 말단(72a) 및/또는 전극 부재(93)의 말단(93a)은 포인트 형(pointed shape)을 나타내도록 설계되거나 음차가지들의 교착을 막도록 적어도 적절히 작은 표면적으로 설계될 수 있다. 명백히 동일한 것이 제 2 음차 가지(8)와 제 2 빗형상의 전극 구조물(92)에도 적용된다.
최종적으로, 도 8c 의 변형에 도시된 바와 같이, 기판(2) 위에 배치된 정지 기구(28)가 제 1 음차 가지(7)의 자유단부(7a)에 제공되는데, 이 자유단부(7a)는 상기 정지기구(28)와 협력하는 연장부(78)를 갖고 있다. 이러한 정지기구(28)는 음차(7)의 각 운동(angular movement)을 제한하도록 설계되어, 예를 들면 기계적 충격으로 인해 과도한 각 운동이 발생할 때 제 1 빗형상의 전극 구조물(91)에 교착되지 못하게 한다. 또 동일한 것이 명백히 제 2 음차 가지(8)에도 적용된다.
전술된 모든 특징들은 효과적인 이형 기구(anti-sticking mechanism)를 얻기 위해 적절한 방법으로 결합될 수 있다.
도 9 와 도 9a 는 도 2,2a,2b 에 도시된 미세 음차미세역학 음차 공명기(4)의 개량을 도시한다. 도 9a 는 선 A-A'를 지나는, 도 9의 횡단면도를 도시한다. 도전 패턴(conductive patterns)(31)은 적어도 부분적인 자립 진동구조물(6), 즉 음차 가지들(7,8) 하부(이 경우 제 1 산화 층(20)의 상부)의 기판(2) 표면 위(또는 아래)에 제공되는데, 이러한 도전 패턴(31)의 형태는 본질적으로 기판(2) 표면의 자립 진동구조물(6)의 투영이다. 이러한 도전 패턴(31)은 제 1 전도성 물질층(30)에서 전도체(11,12,13)와 동시에 형성될 수도 있다. 또한 도전 양식(31)은 베이스 부재(5)에 연결되는 전도체(13)와 직접 전기 접촉할 수도 있어 도전 패턴(31)과 자립 진동 구조물(6)을 동일한 전위에 놓을 수 있다. 선택적으로, 도전 패턴(31)은 예를 들면 금속으로 추가 단에 형성될 수도 있다.
자립 진동구조물(6)과 같이 동일한 전위로 도전 패턴(31)을 연결하면 인가전압(applied voltage)과 독립적인 공진 주파수를 이끄는 기판(2) 표면 및 음차미세역학 음차 공명기(4)사이에서 기판(2)에 수직인 힘을 억제한다. 이러한 도전 패턴(31)은 또한 음차 가지들(7,8)이 기판에 교착되지 않게 한다. 도 3,3a,3b 또는 도 4,4a,4b 에 도시된 공명기와 같이, 유사한 도전 패턴이 다른 기술을 이용해 제조된 공명기에 추가될 수도 있는 것으로 쉽게 이해된다.
음차 공명기의 공진 주파수는 장치의 기하학적 크기, 즉 음차 가지들의 길이 및 폭을 바꾸어 광범위하게 조정될 수 있는데, 이것은 예를 들면 길이(l), 폭(w)이 고 물성치(Young's modulus)(E) 와 밀도(ρ)를 갖는 물질로 만들어진 음차 공명기의 공진 주파수의 이른바 다음 "카롤루스(Karolus)"식에서 알 수 있다.:
Figure 112003021282080-pct00001
여기서 c 는 음차의 정확한 형상 및 동작 모드에 따른 상수이다.
이러한 음차 공명기의 대량 생산은 작은 공차 범위 안의 한 칩에서 다른 칩까지 공진 주파수를 유지하는데 중요하다. 음차 공명기의 공진 주파수는 상기 식에서 쉽게 알 수 있는 것처럼, 음차의 두께와 종속적이지 않다. 따라서 예를 들면 폴리 실리콘 표면 미세가공 기술을 이용해 제조된 음차의 공진 주파수는 매우 향상된 처리 강도의 증착 실리콘 층의 두께에 의존하지 않을 것이다.
공정변수의 근소한 변형으로 인한 공진 주파수의 공차는 음차를 신중히 치수화 함으로서 크게 줄어들 수 있다. 특히 도 10 에 개략적으로 도시된 바와 같이,
공정 변수에 대한 공진 주파수의 의존도가 줄도록, 오프닝(65)이 음차 가지들(7,8)에 마련될 수 있다. 또한 처리 후에 음차 가지(7,8)의 폭이 예를 들어 과도 식각(over-etch)으로 인해 원하는 폭보다 작다면, 음차의 공진 주파수는 계획된 주파수보다 낮춰질 것이다. 그러나 동시에 음차 가지(7,8)에 제공된 오프닝(65)이 더 커서 음차 가지들(7,8)의 크기를 줄이고 공진 주파수의 감소를 보상한 것이다(상기 공진 주파수 식은 도 10 에 도시된 것과 같은 오프닝을 구비한 음차 가지에 적용되지 않는 점에 주의한다). 과도 식각이 발생할 때, 빗 형상의 구조물(71,81)의 전극 부재들(72,82)은 공진 주파수의 오프닝(65)과 동일한 효과를 갖는다.
가급적, 오프닝(65)은 음차 공명기의 품질계수에 영향을 미치지 않고 공진 주파수에 대해 높은 충격을 갖도록 음차 가지들(7,8)의 자유 단부(7a,8a)와 가까이 제공된다.
본 발명에 따른 미세역학 음차 공명기가 필요로 하는 표면적은 획득된 공진 주파수 관하여 매우 작다. 예를 들어 32㎑의 다소 낮은 주파수에 맞도록 설계된 본 발명의 음차 공명기는 대략 0.2㎟의 표면적을 필요로 한다. 종래의 구조들은 이러한 낮은 주파수를 얻기 위해 비교적 큰 표면적을 요구한다. 주어진 기하학적 설계를 위해 치수와 주파수는 역상관 관계에 있는데, 즉 기하학적 크기가 커질수록 주파수는 낮아진다.
음차 공명기의 공진 주파수는 근사적으로 0 내지 60℃의 온도 범위 내에서 온도에 관한 선형함수이다. 65㎑의 공진 주파수에서 공진 주파수의 온도 계수는 약 -30ppm/℃인 것을 알 수 있다. 따라서 같은 기판에서 타임 베이스가 일으킨 신호의 주파수를 적절히 조정하여 주파수 변화를 보상하는데 사용될 수 있는 출력 신호를 갖는 온도 측정 회로를 통합하는 것이 바람직하다.
이러한 효과를 위해, 본 발명에 따른 타임 베이스는 (도시되지 않은)일체형 온도측정 회로로 유리하게 구성된다. 이러한 온도측정 회로의 예시는 "Sensors and Actuators" A21-A23(1990)의 636 내지 638 페이지에 있는 P.Krumenacher와 H.Oguey의 "CMOS 기술에 속한 고성능 온도 센서(Smart Temperature Sensor in CMOS Technology)"에 기술된다. 여기서 온도는 예를 들면 당해업자에게 널리 공지된 억제기술(inhibition technique)을 이용해 분할 체인(division chain)의 분할율(division ratio)에 영향을 미쳐 보상된다.
선택적으로, 상이한 공진 주파수를 갖는 두개의 음차 공명기들은 동일한 칩에 통합되는데 그러한 배치는 두 공명기의 주파수차이를 측정하여 칩의 온도가 정확히 측정될 수 있게 한다(두 음차 공명기들은 같은 재료로 만들어지기 때문에 같은 온도 계수를 갖는다). 유리하게도 도 11 에 도시된 바와 같이, 상이한 공진 주파수를 갖는 두개의 음차 공명기들(4,4*)은 칩에 요구된 표면적을 줄이기 위해 동일한 베이스 부재(5)를 공유한다.
본 발명에 따른 일체형 타임 베이스를 이용하는 이점은 두 가지인데; 첫째로, 음차 공명기의 온도 의존성이 선형이어서 온도를 보상하는데 필수적인 전자 신호 처리를 용이하게 한다. 다음으로 보다 중요한 것은, 같은 크기의 모놀리식 집적 음차 공명기로 제 2 공명기는 칩의 크기가 약간만 증가하고 다른 외부 연결이 없을 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 특히 유리한 실시예에 따라, 동시에 두 가지 진동 모드로 작동하는 단일 음차 공명기를 이용할 수 있다. 이러한 제 1 모드는 면내 진동모드(도 5b)로 전술된다. 제 2 진동모드는 수직 진동모드가 될 수 있는데 있어서, 음차 가지들(7,8)은 기판 면과 직각을 이루는 사실상 수직으로 진동한다. 이러한 수직진동 모드는 음차 가지 아래쪽 기판에 다른 전극들을 이용해 정전기적으로 야기되어 용량적으로 감지될 수 있다. 상기 두 가지 모드는 온도에 직접 관계된 주파수 차를 측정하여 온도가 보상될 수 있도록 상이한 주파수로 선택된다. 수직진동과 면내 진동을 위한 상이한 공진 주파수는 음차 가지들을 직사각형 단면으로 선택하여 얻을 수 있다.
가급적 수직 진동모드는, 가지들이 대향 방향에서 진동하는 음차 가지의 비대칭 수직진폭에 있어야 한다. 또한 진동하면서 베이스(5)의 두 음차 가지에 의해 가해진 힘은 비대칭 수직진동의 경우 서로에게 보상하는데 반해, 높아진 동력손실의 결과로 낮아진 품질계수를 초래하는 동일한 방향에서 음차 가지가 수직으로 진동하는 경우에는 서로 합산한다. 수직 진동모드는 그러나 음차 가지의 대칭 수직진동에 있을 수 있다.
도 12,12a,12b 는 반대 방향에서 음차 가지들의 수직 진동을 허용하는 전극 배열의 개략적 도면이다. 이 도면들에 도시된 바와 같이, 두 조의 전극들(100,120)은 표면 또는 음차 가지들(7,8) 하부의 표면영역에 배치된다. 전극(100)의 제 1 조는 수직 진동으로 음차 가지들(7,8)을 구동하고, 전극(120)의 제 2 조는 이러한 수진 진동을 감지한다. 상기 구동전극(100) 조는 음차가지(7,8)의 자유단부 하부에 배치되는 반면, 감지 전극(120) 조는 베이스 부재(5)와 구동 전극(100) 조 사이의 음차 가지들(7,8) 하부에 배치된다. 그러나 전극(100,120)들은 완벽하게 교체할 수 있다.
특히, 도면에 도시된 것처럼 음차 가지들이 반대 방향에서 진동할 수 있도록 음차 가지들을 진동으로 구동하기 위해, 도시된 것처럼 구동 전극(100)조를 각 음차 가지들(7,8) 하부에 배치된 두 개의 전극들로 나누는 것이 바람직한데, 상기 두 개의 전극들에는 역상을 가지는 신호들이 공급된다. 명백히, 감지 전극(120)조도 마찬가지로 역상을 갖는 신호들을 제공하는 두 개의 전극들로 분할될 것이다.
본 발명은 특정 실시예에 관하여 기술되었으므로 이러한 실시예들은 본 발명을 제한하지 않는 것으로 생각된다. 또한 당해업자는 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 또는 개작을 할 수 있다.

Claims (19)

  1. 공명기를 진동으로 구동하고, 진동에 반응하여, 정해진 주파수의 신호를 산출하기 위한 미세역학 음차 공명기(4)와 일체형 전자회로(3)로 이루어진 타임 베이스에 있어서,
    상기 공명기는 기판(2) 위쪽에 지지되고, 상기 기판(2)과 평행한 평면에서 제 1 진동모드에 따라 진동되는 미세역학 음차 공명기(4)이고,
    상기 미세역학 음차 공명기(4)는:
    - 상기 기판(2)에서 직각으로 연장되는 베이스 부재(5);
    - 상기 베이스 부재(5)에 연결되고, 상기 평면에 배치된 하나이상의 평행한 음차 가지(7,8)쌍을 포함하는 자립형 진동 구조물(6); 그리고
    - 상기 음차 가지들(7,8)에 근접해 배치되고 상기 일체형 전자회로(3)에 연결되며 하나이상의 빗형상의 전극 구조물들(91, 92)을 포함하는 전극 구조물(9)로 이루어지며,
    각각의 상기 음차 가지들(7,8)은 상기 평면에 배치되어 상기 음차 가지들(7,8)의 제 1 면으로부터 수직으로 연장된 제 1 전극 부재들(72,82)을 포함하는 빗 형상의 구조물(71,81)을 구비하며, 음차 가지들(7,8)의 상기 빗 형상의 구조물(71,81)과 맞물리는 하나이상의 빗 형상의 전극 구조물들(91,92)을 구비하고, 상기 제 1 전극 부재들(72,82)에 인접한 제 2 전극 부재들(93,94)을 구비하는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자회로(3)는 상기 미세역학 음차 공명기(4)와 함께 상기 기판(2)에 통합되는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극 부재들(72,82,93,94)은 원호 형태인 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 전극부재들(72,82,93,94)간의 거리가 상기 음차 가지들(7,8)의 자유단부(7a,8a)에서 더 짧을 수 있도록, 상기 거리가 음차 가지(7,8)의 길이에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 타임 베이스
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 음차 가지들(7,8)의 움직임을 제한하여 충격을 받을 경우 상기 전극 구조물(9)에 고정되는 것을 막기 위해, 각각의 상기 음차 가지들(7,8)의 자유단부(7a,8a)에 인접한 상기 기판(2)에 정지기구(28)가 제공되는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 음차 가지들(7,8)이 충격을 받을 경우에 상기 전극 구조물(9)에 고정되는 것을 막을 수 있도록 상기 제 1 및 제 2 전극 부재들(72,82,93,94)의 말단(72a,93a)이 뾰족한 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 음차 가지들(7,8)이 충격을 받을 경우 상기 전극 구조물(9)에 고정되는 것을 막도록 상기 제 1 및 제 2 전극 부재들(72,82,93,94)중 하나 이상이 나머지 다른 부재들보다 길이가 긴 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2 빗형상의 전극구조물들(91, 92)을 포함하여 구성되는 전극 구조물(9)은,
    - 상기 미세역학 음차 공명기(4)를 진동으로 구동하기 위해, 상기 음차 가지들(7,8) 중 제 1 음차가지(7)와 인접해 있는 제 1 빗형상의 전극 구조물(91);
    - 상기 미세역학 음차 공명기(4)의 진동으로 발생한 신호를 감지하기 위해 상기 음차 가지들(7,8) 중 제 2 음차 가지(8)와 인접해 있는 제 2 빗형상의 전극 구조물(92)로 이루어지고,
    상기 자립형 진동구조물(6)은 베이스 부재(5)로 고정 전위(fixed potential)에 결합되고,
    일정한 직류전압(Udc)이 상기 빗형상의 전극 구조물들(91,92) 또는 자립형 진동구조물(6) 중 하나 혹은 둘 모두에 가해지는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 자립형 진동 구조물(6)은 상기 베이스 부재(5)를 통해 고정 변위에 결합되며,
    일정한 직류전압(Udc)이 하나이상의 전극 구조물(91,92) 또는 자립형 진동 구조물(6) 중 하나 혹은 둘 모두에 가해지고, 공명기에서 임피던스의 변화를 탐지함으로서 감지하는 것을 특징으로 하는 타임 베이스
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 진동 모드는 두 음차 가지들(7,8)이 반대 방향에서 진동하는 대칭 진동모드인 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 자립형 진동구조물(6) 형태인 도전패턴(31)이 상기 자립형 진동구조물(6)의 일부분 아래의 상기 기판(2) 표면에 제공되는데, 상기 자립형 진동구조물(6)과 상기 도전패턴은 동일한 전위에 놓이는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 오프닝(65)이 상기 미세역학 음차공명기(4)의 공진 주파수에서 부족식각 또는 과도식각 영향을 충분히 보상할 정도로 상기 음차 가지들(7,8)에 제공되는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 타임 베이스에 의해 발생한 신호의 주파수에서 온도의 영향을 보상할 용도인 일체형 온도측정 회로를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 기판(2) 위쪽에 지지되어 제 1 공명기의 공진 주파수와 상이한 공진 주파수에서 진동하도록 적응된 제 2 미세역학 음차공명기(4*)를 또한 포함하는데, 두 공진 주파수들 사이의 온도 의존 주파수 차는 상기 타임 베이스에 의해 발생된 신호의 주파수에서 온도의 영향을 보상하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 음차 공명기(4,4*)가 같은 베이스 부재(5)를 공유하는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 진동모드의 공진 주파수와 상이한 공진 주파수를 갖는 제 2 진동 모드를 구동시켜 감지하도록 전극들(100,120)이 상기 자립형 진동구조물(6) 아래쪽에 배치되는데, 두 진동 모드의 공진 주파수들 간의 온도의존 주파수 차는 상기 타임 베이스에 의해 발생된 신호의 주파수에서 온도의 영향을 보상하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 진동 모드는 음차 가지들(7,8)이 상기 기판(2)에 직각으로 반대 방향에서 진동하는 수직 진동 모드인 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 기판(2)과 상기 미세역학 음차 공명기(4)는 실리콘 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 타임 베이스.
  19. 삭제
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