【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微机电系统(mems)谐振器。
技术介绍
1、本部分说明了有用的背景信息，但不承认本文所述的任何技术代表现有技术。
2、要使mems谐振器达到低等效串联电阻(esr)可能具有挑战性，尤其是对于大小较小的谐振器。对于体声波谐振器，谐振频率与其某些横向尺寸成反比，这些横向尺寸可被定义为频率定义尺寸。对于长度拉伸(le)谐振器，梁长度是频率定义尺寸。为了达到高谐振频率，频率定义尺寸会缩小。然而，由于频率要求，le谐振器的长度变小的同时，其宽度应延长以达到足够低的等效串联电阻。
3、同时需要在一个尺寸上缩小并在另一个尺寸上扩大会带来某些设计挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的某些实施例的目的在于提供一种具有低等效串联电阻(esr)的mems谐振器，或者至少提供现有技术的替代方案。某些实施例的另一目的是增加裸片上谐振器元件布局的设计自由度。某些实施例的另一目的是提供一种谐振频率在温度范围内变化较小的低esr谐振器。
2、根据本专利技术的第一示例方面，提供了一种mems(微机电系统)谐振器组件，包括：
3、支撑结构，
4、悬置在支撑结构上的谐振器元件，以及
5、用于将谐振器元件激发到谐振模态的致动器
6、其中
7、谐振器元件以谐振频率f0振动并且包括至少一个体声波谐振器，并且其中
8、esr*a*f0在12ωmm2mhz至83ωmm2mhz的范围内，其中esr是mems谐
9、在某些实施例中，所述体声波谐振器是长度拉伸模态谐振器(“le谐振器”)、互连的长度拉伸谐振器的组件、宽度拉伸谐振器、方形拉伸谐振器或lame谐振器。
10、在某些实施例中，esr*a*f0等于或大于16ωmm2mhz，或等于或大于25ωmm2mhz。
11、在某些实施例中，谐振器元件的面积a在形成有谐振器元件的裸片或晶圆的平面中在0.001mm2至1mm2的范围内。
12、在某些实施例中，运动电容与分流电容之比小于0.005。
13、在某些实施例中，优点指标大于10。
14、在某些实施例中，所述体声波谐振器是平面内谐振器。
15、在某些实施例中，致动器是压电致动器或静电致动器。
16、在某些实施例中，谐振器元件的质量的50％以上由单晶硅组成。
17、在某些实施例中，所述体声波谐振器的主振动方向基本平行于谐振器元件内的单晶硅层的<100>结晶方向，并且所述单晶硅层的平均磷掺杂剂浓度大于2×1019cm-3。
18、在某些实施例中，谐振器元件包括压电aln、sc掺杂aln、zno、linbo3或litao3层。
19、在某些实施例中，谐振器元件包括压电材料层，其厚度范围为0.5μm至4μm，诸如1μm至2μm。
20、在某些实施例中，谐振器元件内的单晶硅的平均磷掺杂浓度大于2×1019cm-3，并且压电层的厚度与单晶硅层的厚度之比或与谐振器元件内两个单晶硅层的各自厚度之和之比大于0.07。
21、在某些实施例中，谐振频率f0在7mhz至160mhz的范围内，诸如在15mhz至110mhz的范围内。
22、在某些实施例中，在-30℃至85℃的温度范围内，谐振频率f0与温度曲线中存在两个转折点。
23、在某些实施例中，其中，相对于温度为25℃时的所述谐振频率，在-30℃至85℃的温度范围内谐振频率f0的变化在±30百万分率内，诸如在±15百万分率内。
24、在某些实施例中，谐振器元件内的氧化硅层的数目为零或一。
25、在某些实施例中，腔体将谐振器元件与支撑结构隔开。
26、在某些实施例中，谐振器元件包括：两个体声波谐振器，它们均以相同的相位或相对于彼此180度的相移以谐振频率f0振动；以及机械连接所述两个体声波谐振器的材料部分。
27、在某些实施例中，两个体声波谐振器之间的距离为50μm或更小，诸如20μm或更小。
28、在某些实施例中，机械连接体声波谐振器的材料部分是(基本上)刚性的互耦合元件。
29、在某些实施例中，机械连接两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器和两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器的所述材料部分是弯曲模态谐振器。
30、在某些实施例中，两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器和两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器被系到相同的支撑结构，该支撑结构沿着位于第一和第二体声波谐振器中间的线被形成在谐振器元件的平面内。
31、在某些实施例中，谐振频率f0基本上等于第一体声波谐振器的基频或第n泛音频率和第二体声波谐振器的基频或第n泛音频率。
32、在某些实施例中，第一体声波谐振器和第二体声波谐振器在振动方向上谐振，并且弯曲谐振器是梁谐振器，其最长尺寸定位为垂直于所述振动方向。
33、在某些实施例中，弯曲模态谐振器的第n泛音频率基本等于谐振频率f0。
34、在某些实施例中，弯曲谐振器是平面内弯曲梁谐振器。
35、在某些实施例中，弯曲谐振器在第一和第二体声波谐振器的波腹点处机械连接到第一体声波谐振器和第二体声波谐振器。
36、在某些实施例中，弯曲谐振器在弯曲谐振器的第一侧的一个或多个连接点处机械连接到第一体声波谐振器，并在弯曲谐振器的相对的第二侧的一个或多个连接点处机械连接到第二体声波谐振器。
37、在某些实施例中，弯曲谐振器在弯曲谐振器的一侧的一个或多个连接点处机械连接到第一体声波谐振器，并在弯曲谐振器的同一侧的一个或多个连接点处机械连接到第二体声波谐振器。
38、在某些实施例中，弯曲模态谐振器的谐振模态形状具有两种类型的波腹点，其中第一类型的(多个)波腹点沿振动轴具有正位移，并且它们中的至少一个波腹点是用于机械连接到两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器的连接点，并且第二类型的(多个)波腹点沿所述振动轴具有负位移，并且它们中的至少一个波腹点是用于机械连接到两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器的连接点。
39、在某些实施例中，第一体声波谐振器在第一振动方向上谐振，并且第二体声波谐振器在垂直于第一振动方向的第二振动方向上谐振。
40、在某些实施例中，弯曲模态谐振器包括具有矩形框架形式的材料部分。
41、在某些实施例中，在(两个体声波谐振器中的)第一和第二体声波谐振器之间的弯曲模态谐振器经由弯曲模态谐振器的波腹点机械连接第一和第二体声波谐振器。
42、在某些实施例中，第一和第二体声波谐振器包括互连的谐振器梁，其中相邻的谐振器梁通过至少一个机械连接(或耦合)元件连接。
43、在某些实施例中，第一和第二体声波谐振器的谐振梁和弯曲模态谐振器的细长谐振器元件(或梁)沿谐振器元件内的单晶硅层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MEMS谐振器组件，包括：
2.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述体声波谐振器是长度拉伸谐振器、互连的长度拉伸谐振器的组件、宽度拉伸谐振器、方形拉伸谐振器或Lame谐振器。
3.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中ESR*A*f0等于或大于16Ωmm2MHz，或等于或大于25Ωmm2MHz。
4.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件的面积A在0.001mm2至1mm2的范围内。
5.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中运动电容与分流电容之比小于0.005。
6.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中优点指标大于10。
7.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述体声波谐振器是平面内谐振器。
8.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述致动器是压电致动器或静电致动器。
9.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件的质量的50％以上由单晶硅组成
10.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述体声波谐振器的主振动方向基本平行于所述谐振器元件内的单晶硅层的<100>结晶方向，并且所述单晶硅层的平均磷掺杂剂浓度大于2×1019cm-3。
11.根据任何前述权利要求的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件包括压电AlN、Sc掺杂AlN、ZnO、LiNbO3或LiTaO3层。
12.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件包括压电材料层，其厚度范围为0.5μm至4μm，诸如1μm至2μm。
13.根据权利要求11或12所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件内的单晶硅的平均磷掺杂浓度大于2×1019cm-3，并且所述压电层的厚度与所述单晶硅层的厚度之比大于0.07，或者所述压电层的厚度与所述谐振器元件内的两个单晶硅层的各自厚度之和之比大于0.07。
14.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振频率f0在7MHz至160MHz范围内，诸如在15MHz至110MHz范围内。
15.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中在-30℃至85℃的温度范围内，所述谐振频率f0与温度曲线中存在两个转折点。
16.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中，相对于温度为25℃时的所述谐振频率，在-30℃至85℃的温度范围内所述谐振频率f0的变化在±30百万分率内，诸如在±15百万分率内。
17.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件内的氧化硅层的数目为零或一。
18.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中腔体将所述谐振器元件与所述支撑结构隔开。
19.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件包括：两个体声波谐振器，它们均以相同的相位或相对于彼此180度的相移以谐振频率f0振动；以及机械连接所述两个体声波谐振器的材料部分。
20.根据权利要求19所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器之间的距离为50μm或更小，诸如20μm或更小。
21.根据权利要求19或20所述的MEMS谐振器组件，其中机械连接所述体声波谐振器的所述材料部分是基本上刚性的互耦合元件。
22.根据权利要求19或20所述的MEMS谐振器组件，其中机械连接所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器和所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器的所述材料部分是弯曲模态谐振器。
23.根据权利要求19、20或22所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器和所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器被系到相同的支撑结构，所述支撑结构沿着位于所述第一体声波谐振器和所述第二体声波谐振器中间的线被形成在所述谐振器元件的平面内。
24.根据权利要求19、20、22或23所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振频率f0基本上等于所述第一体声波谐振器的基频或第N泛音频率和所述第二体声波谐振器的基频或第N泛音频率。
25.根据权利要求19、20或权利要求22-24中任一项所述的MEMS谐振器组件，其中所述第一体声波谐振器和所述第二体声波谐振器在振动方向上谐振，并且所述弯曲谐振器是梁谐振器，其最长尺寸定位为垂直于所述振动方向。
26.根据权利要求19、20或权利要求22-25中任一项所述的...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种mems谐振器组件，包括：
2.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述体声波谐振器是长度拉伸谐振器、互连的长度拉伸谐振器的组件、宽度拉伸谐振器、方形拉伸谐振器或lame谐振器。
3.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中esr*a*f0等于或大于16ωmm2mhz，或等于或大于25ωmm2mhz。
4.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述谐振器元件的面积a在0.001mm2至1mm2的范围内。
5.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中运动电容与分流电容之比小于0.005。
6.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中优点指标大于10。
7.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述体声波谐振器是平面内谐振器。
8.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述致动器是压电致动器或静电致动器。
9.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述谐振器元件的质量的50％以上由单晶硅组成。
10.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述体声波谐振器的主振动方向基本平行于所述谐振器元件内的单晶硅层的<100>结晶方向，并且所述单晶硅层的平均磷掺杂剂浓度大于2×1019cm-3。
11.根据任何前述权利要求的mems谐振器组件，其中所述谐振器元件包括压电aln、sc掺杂aln、zno、linbo3或litao3层。
12.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述谐振器元件包括压电材料层，其厚度范围为0.5μm至4μm，诸如1μm至2μm。
13.根据权利要求11或12所述的mems谐振器组件，其中所述谐振器元件内的单晶硅的平均磷掺杂浓度大于2×1019cm-3，并且所述压电层的厚度与所述单晶硅层的厚度之比大于0.07，或者所述压电层的厚度与所述谐振器元件内的两个单晶硅层的各自厚度之和之比大于0.07。
14.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述谐振频率f0在7mhz至160mhz范围内，诸如在15mhz至110mhz范围内。
15.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中在-30℃至85℃的温度范围内，所述谐振频率f0与温度曲线中存在两个转折点。
16.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中，相对于温度为25℃时的所述谐振频率，在-30℃至85℃的温度范围内所述谐振频率f0的变化在±30百万分率内，诸如在±15百万分率内。
17.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述谐振器元件内的氧化硅层的数目为零或一。
18.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中腔体将所述谐振器元件与所述支撑结构隔开。
19.根据任何前述权利要求所述的mems谐振器组件，其中所述谐振器元件包括：两个体声波谐振器，它们均以相同的相位或相对于彼此180度的相移以谐振频率f0振动；以及机械连接所述两个体声波谐振器的材料部分。
20.根据权利要求19所述的mems谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器之间的距离为50μm或更小，诸如20μm或更小。
21...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·贾克拉，E·萨格，A·奥加，
申请(专利权)人：京瓷技术公司，
类型：发明
国别省市：
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