[发明专利]一种低挤压膜阻尼微谐振器

说明书

本发明公开了一种低挤压膜阻尼微谐振器，具有均匀穿孔比0.2的振子、弹性支撑梁、固定支撑和基底。在振子上大量穿通孔，这些通孔均匀对称分布。这些通孔能将挤压膜间隙内的气体释放出来，大大降低了挤压膜内外的压力差，从而大大降低挤压膜阻尼，显著提高了品质因数。同时也减小了振子质量，改变了器件动态性能。在很多场合下，这是不能接受的。本发明提出的穿孔比0.2的振子，挤压膜阻尼降低超过2/3，但其质量仅降低4%。

技术领域

本发明涉及的是一种具有穿孔振子结构的低挤压膜阻尼硅微谐振器件，属于微机电系统(MEMS)领域。

背景技术

许多微谐振器件由矩形振子(刚性质量块)、弹性支撑梁(弹簧元件)、基底构成。图1就是常用的微谐振器件示意图。图中，矩形振子和基底之间施加有交流驱动电压。振子以固有频率相对于基底做“平行平板振动”。“平行平板振动”是指，振动时矩形振子下表面始终与基底上表面平行，即：振子振动方向垂直于基底。

微谐振器件一般采用Si材料制造，通常要求有很高的品质因数，即要求阻尼很小。但是，为了能用小的驱动电压产生较大的驱动力，谐振器件的振子和基底必须非常靠近，即：振子和基底的间隙距离远远小于振子的边长。此时，当振子向下运动时，间隙中的气体被压缩、被挤出；当振子向上运动时，间隙中的气体被扩张，间隙周围的气体则被吸进间隙。这个效应使得间隙内外产生了压力差。这个压力差有阻尼效应。这个阻尼效应就是挤压膜阻尼。当振子与基座的间隙距离远远小于矩形振子尺寸时，挤压膜阻尼非常显著。这就是这类器件品质因数不高的主要原因。

发明内容

发明目的：本发明内容的目的是提供一种可以直接降低挤压膜阻尼的、具有穿孔振子结构的微谐振器件。

技术方案：为实现上述目的，本发明的低挤压膜阻尼微谐振器，包括基座、固定撑、弹性支撑梁和振子，固定撑设置在基座两端，并与基座连接，振子设置在基座上方，振子和固定撑之间通过弹性支撑梁连接固定，振子表面设有均匀分布的通孔。

优选的，振子穿孔比其中l_h为正方形的边长，l_p为孔间距。

进一步的，所述振子穿孔比为0.2。

优选的，所述通孔数量至少为20个，按照正方形阵列均匀排列，并沿着振子中心对称分布。

优选的，所述通孔为正方形或者圆形通孔，在圆形通孔中，l_h为直径。

优选的，所述振子为矩形、正方形或者圆形，振子的两端中间位置分别于弹性支撑梁的一端连接，弹性支撑梁的另一端连接固定撑。

有益效果：本发明的器件，振子采用了穿孔结构，这些孔将挤压膜间隙内的气体释放出来，大大降低了挤压膜内外的压力差，从而大大降低挤压膜阻尼，显著提高了品质因数。本发明提出的穿孔比0.2的振子，挤压膜阻尼降低超过2/3，而振子质量仅降低4％，固有频率仅升高2％，此时，器件动态性能变化不大。

附图说明

图1为本发明的侧视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为振子的局部剖视图。

图4为本发明的具有正方形结构的振子示意图。

图5为本发明的具有圆形结构的振子示意图。

图6为挤压膜阻尼系数随穿孔比的变化图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的低挤压膜阻尼微谐振器，主要由基座1、固定撑2、弹性支撑梁3和振子4组成，在基座1上表面的两端分别固定一个固定撑2，振子4位于基座1正上方位置，振子4的两侧中间位置分别连接到弹性支撑梁3的一端，弹性支撑梁3的另一端与固定撑2连接，并将振子4固定在基座1的正上方位置。