微机电谐振器制造技术

一种微机电(MEMS)谐振器，包括弹簧质量系统，该弹簧质量系统具有第一重量部分(M1)、第二重量部分(M2)、以及在重量部分之间的中心弹簧部分(SP)。P)。P)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微机电谐振器


[0001]本专利技术总体上涉及微机电(MEMS)谐振器。

技术介绍

[0002]此章节在不承认本文中描述的任何技术表示现有技术的情况下说明有用的背景信息。
[0003]常规地从石英音叉谐振器(诸如32.768kHz石英音叉谐振器)获得低频率时钟基准。
[0004]微机电(MEMS)谐振器正发展成提供与石英音叉相同的功能性，并且具有如下益处：诸如减少的成本、较小的芯片大小、增加的针对冲击与振动的鲁棒性、以及广泛温度范围内的更佳稳定性。
[0005]用于频率基准应用的MEMS谐振器(诸如硅MEMS谐振器)中的关键性能参数是等效串联电阻(ESR)。ESR与谐振器的品质因数Q成反比，并且因此通常期望最大化该参数。

技术实现思路

[0006]本专利技术的某些实施例的目标在于提供一种具有所期望的特性的微机电谐振器。
[0007]根据本专利技术的第一示例方面，提供了一种微机电谐振器，该微机电谐振器包括：
[0008]弹簧质量系统，该弹簧质量系统具有
[0009]第一重量部分，
[0010]第二重量部分，以及
[0011]中心弹簧部分，该中心弹簧部分在重量部分之间。
[0012]在某些实施例中，谐振器包括被掺杂到至少2*10
19
cm
‑3的平均杂质浓度的硅体，并且中心弹簧部分的材料部分沿垂直于y轴的x轴定向，谐振器被配置成在该y轴的方向上振动，其中x轴沿<100>硅晶体方向延伸或与该方向偏离小于5度。
[0013]在某些实施例中，中心弹簧部分包括由沟槽间隔开的、与<100>硅晶体方向对准或与该方向偏离小于5度的臂。
[0014]在某些实施例中，第一重量部分和第二重量部分是对称的重量部分。
[0015]在某些实施例中，中心弹簧部分是对称部分。
[0016]在某些实施例中，中心弹簧部分包括曲折结构，该曲折结构在其第一端处被附接到第一重量部分并且在其相对端处被附接到第二重量部分。
[0017]在某些实施例中，第一重量部分和第二重量部分在其边缘处被连接到中心弹簧部分。
[0018]在某些实施例中，第一重量部分和第二重量部分包括前边缘、后边缘、右边缘和左边缘。在边缘中，前边缘为面向中心弹簧部分的边缘。在某些实施例中，第一重量部分在连接前边缘和左边缘的拐角处和在连接前边缘和右边缘的拐角处连接到中心弹簧部分。类似地，第二重量部分在连接前边缘和左边缘的拐角处和在连接前边缘和右边缘的拐角处连接
到中心弹簧部分。在某些实施例中，第一重量部分和第二重量部分在位于前边缘中部的区域中连接到中心弹簧部分。
[0019]在某些实施例中，谐振器支持可折叠模式形状。在某些实施例中，谐振器以平面内弯曲模式操作。然而，在某些其他实施例中，谐振器以平面外模式操作。因此，在某些实施例中，谐振器支持平面内弯曲振动操作模式或平面外弯曲振动操作模式。
[0020]在某些实施例中，中心弹簧部分包括对称放置的折叠弹簧(或者由对称放置的折叠弹簧形成)。在某些实施例中，中心弹簧部分包括彼此串联附接或彼此并联附接的未折叠弹簧(或者由彼此串联附接或彼此并联附接的未折叠弹簧形成)。
[0021]在某些实施例中，第一重量部分和第二重量部分被配置成对称地振动。
[0022]在某些实施例中，谐振器包括对称定位的锚定点。
[0023]在某些实施例中，在谐振器的、谐振器沿其振动的方向上，谐振器包括在弹簧部分的第一边缘中部的锚定点和在相对边缘中部的锚定点。取决于重量部分的形式，所述方向(y方向，如在说明中中稍后定义的)可以是谐振器的长度方向或宽度方向。所提及的边缘可以形成谐振器的侧边缘。
[0024]在某些实施例中，弹簧部分内的锚定点的数目为两个。在某些实施例中，锚定点用于将谐振器锚定到周围(或锚定到周围基板)。在某些实施例中，中心弹簧部分包括引导到锚定点的连接梁。在某些实施例中，连接梁与中心弹簧部分的质心或弹簧质量系统的质心对准。在某些实施例中，连接梁从中心弹簧部分的曲折形状延伸到锚定点。
[0025]在某些实施例中，谐振器包括与中心弹簧部分的质心或弹簧质量系统的质心对准的锚定点。
[0026]在某些实施例中，谐振器包括用于将中心弹簧部分锚定到周围的锚定点，谐振器的主谐振模式形状在锚定点处具有节点。
[0027]在某些实施例中，谐振器包括半导体材料。在某些实施例中，谐振器包括硅。在某些实施例中，谐振器包括简并掺杂的硅。在某些实施例中，超过50％的谐振器质量由简并掺杂的硅构成。在某些实施例中，谐振器包括被掺杂到至少2*10
19
cm
‑3、诸如至少10
20
cm
‑3的平均杂质浓度的硅体。在某些实施例中，谐振器为(单晶)硅MEMS谐振器。
[0028]在某些实施例中，谐振器被配置成被压电致动。
[0029]在某些实施例中，中心弹簧部分的个体弹簧元件的纵轴沿硅的[100]晶体方向定向。因此，在某些实施例中，中心弹簧部分的(延长)材料部分沿垂直于y轴的x轴定向，该谐振器被配置成在该y轴方向上振动，其中x轴沿<100>硅晶体方向延伸或与该方向偏离小于5度。在某些实施例中，本文中的材料部分包括笔直部分或(在y方向上)由沟槽彼此间隔开的个体弹簧元件。
[0030]在某些实施例中，谐振器的纵轴被定义为谐振器沿其振动的方向。
[0031]在某些实施例中，谐振器在真空中操作。
[0032]在某些实施例中，在重量部分的端部(或后边缘)处的沟槽具有减小空气阻尼效应的宽度。该宽度取决于所讨论的实施例。在某些实施例中，应用大于5μm的宽度。
[0033]在某些实施例中，重量部分的后边缘为谐振器的外端部。
[0034]在某些实施例中，谐振器包括第一重量部分和第二重量部分，第一重量部分和第二重量部分包括沟槽的网格。
[0035]在某些实施例中，谐振器被制作在绝缘体上硅SOI晶片(或SOI型晶片)上。在某些实施例中，谐振器被制作在腔SOI(C
‑
SOI)晶片上。
[0036]在某些实施例中，谐振器被配置为在32kHz频带处操作，诸如在频率32.768kHz处操作。
[0037]在某些实施例中，中心弹簧部分沿长方形裸片的对角线定向。
[0038]在某些实施例中，弹簧质量系统包括被附接到第一重量部分和第二重量部分的额外支撑弹簧。
[0039]在某些实施例中，支撑弹簧为中心弹簧部分的(多个)弹簧的附加部分。因此，支撑弹簧与中心弹簧部分分隔开。在某些实施例中，支撑弹簧附接到第一重量部分和第二重量部分的后边缘(即，与面向中心弹簧部分的边缘相对的边缘)。
[0040]在某些实施例中，谐振器的第一部分位于简并掺杂的硅层中，并且谐振器的第二部分位于SiO2层中，该SiO2层被形成在简并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微机电谐振器，包括：弹簧质量系统，所述弹簧质量系统具有第一重量部分，第二重量部分，以及中心弹簧部分，所述中心弹簧部分在所述重量部分之间，所述谐振器具有用于致动所述谐振器的压电层。2.根据权利要求1所述的谐振器，包括被掺杂到至少2*10
19
cm
‑3的平均杂质浓度的硅体，并且其中所述中心弹簧部分的材料部分沿垂直于y轴的x轴定向，所述谐振器被配置成在所述y轴的方向上振动，其中所述x轴沿<100>硅晶体方向延伸或与所述<100>硅晶体方向偏离小于5度。3.根据权利要求1或2所述的谐振器，其中所述第一重量部分和所述第二重量部分是对称的重量部分。4.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，其中所述中心弹簧部分是对称部分。5.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，其中所述中心弹簧部分包括曲折结构，所述曲折结构在所述曲折结构的第一端处被附接到所述第一重量部分、并且在所述曲折结构的相对端处被附接到所述第二重量部分。6.根据权利要求5所述的谐振器，其中所述第一重量部分和所述第二重量部分在所述第一重量部分和所述第二重量部分的边缘处被连接到所述中心弹簧部分。7.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，支持可折叠模式形状。8.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，在所述谐振器的、所述谐振器沿其振动的方向上，所述谐振器包括在所述弹簧部分的第一边缘中部的锚定点、以及在相对边缘中部的锚定点。9.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，包括与所述中心弹簧部分的质心或所述弹簧质量系统的质心对准的锚定点。10.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，包括用于将所述中心弹簧部分锚定到周围的锚定点(A1、A2)，所述谐振器的主谐振模式形状在所述锚定点(A1、A2)处具有节点。11.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，其中所述谐振器包括半导体材料和/或硅和/或简并掺杂的硅，和/或超过50％的谐振器质量由简并掺杂的硅构成，和/或所述谐振器包括被掺杂到至少2*10
19
cm
‑3、诸如至少10
20
cm
‑3的平均杂质浓度的硅体。12.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：京瓷帝基廷公司，
类型：发明
国别省市：