[发明专利]一种微机械圆盘谐振器及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微机械谐振器加工及微细加工技术领域，特别涉及一种微机械圆盘谐振器及制作方法。

背景技术

时钟芯片作为电路系统中的时间基准源，在电路系统中有着重要的作用。传统的时钟芯片一般采用石英晶振作为谐振器产生信号波形。但石英晶振一般是采用切割工艺制作，因此其体积很难减小，从而阻碍了电路系统的微型化。此外，石英晶振也无法和电路系统集成制作，提高了制作成本。近年来，由于微加工技术的发展，MEMS微机械谐振器得到很大的发展。MEMS谐振器具有尺寸小、功耗小、成本低、与CMOS IC(Complementary Metal Oxide Semiconductor Integrated Circuit，互补金属氧化物半导体集成电路)工艺相兼容等优点，在无线通讯等领域的需求与日俱增，将成为晶体谐振器的替代物。

体硅纵声学波微机械谐振器是利用体硅谐振振子结构的纵波谐振模态特性实现器件的谐振。图1-1(a)是圆形板谐振器工作的基本原理示意图，图1-1(b)是圆形板体硅微机械谐振器工作在Extensional模态的示意图。其振子是一个圆形薄板，圆板两边分别为驱动电极和检测电极。在驱动电极和振子之间施加交变电压时，由交变电压产生的静电力将会激励振子进入指定的谐振模式。这样振子就会跟随驱动静电力做伸缩运动，从而引起振子与检测电极之间电容的变化。因而，通过检测振子与检测电极之间电容的变化，就可以将谐振器信号输出。

微机械谐振器的主要特性参数有：谐振频率、品质因素(Q)、频率温漂等。其中，谐振器的Q值是反应谐振器特性的最重要的参数之一，它可以表述为：

1Q=1Qair+1Qanchor+1QTED+1Qothers,---(1)]]>

其中Q是谐振器总的品质因素大小，Q_air是由空气阻尼引起的能量损耗机制，Q_anchor是由锚点引起的能量损耗机制，Q_TED是材料的热弹性能量损耗机制，Q_others表示其它的能量损耗机制。在这四种能量损耗机制中，后三种是由制作谐振器的材料及其结构设计等因素引起的，而第一种是由谐振器工作环境的真空度引起的。对谐振器进行真空密封，就可以大大减小由于空气阻尼引起的能量散耗，从而大大提高谐振器的Q值(Khine，L and M Palaniapan，High-Q bulk-mode SOI square resonators with straight-beam anchors.Journal of Micromechanics and Microengineering，2009.19(1)：p.015017)。

锚点引起的能量损耗也是影响谐振器Q值的重要因素之一。减小锚点损耗的主要依据是：锚点位置应该设计在振子谐振时位移最小的位置，也就是振子的节点位置。对于Extensional模态的圆形板谐振器，其节点位置位于圆盘的中心。锚点位于振子中心时，存在设计难度高，加工难度大等问题。因此，传统的微机械谐振器都是通过振子周围的斜拉梁将振子固定的。