[发明专利]用于降低能量损耗的RF-MEMS谐振器支撑结构

说明书

本公开提供一种用于降低能量损耗的RF‑MEMS谐振器支撑结构，包括：支撑梁、后端支撑结构以及至少两级能量阻断结构；支撑梁与谐振器连接；后端支撑结构设置于支撑梁和基座之间，用于减小支撑梁与基座间的连接刚度，增大固‑气界面，反射向后端支撑结构两侧传输的弹性波；能量阻断结构设置在支撑梁和后端支撑结构的连接处、后端支撑结构和/或基座上，用于阻断弹性波在谐振器支撑结构中的扩散路径。本公开提供的用于降低能量损耗的RF‑MEMS谐振器支撑结构针对开发高频率高Q值谐振器的技术瓶颈，提出一种低损耗的支撑结构设计方案，在不增加工艺难度的前提下显著改善器件性能，实现高性能谐振器的批量化生产，在无线通信系统中具有更广阔的应用前景。

技术领域

本公开涉及射频微机电系统(RF-MEMS)技术领域，尤其涉及一种用于降低能量损耗的RF-MEMS谐振器支撑结构。

背景技术

下一代无线通信系统呈现出集成化、小型化、低功耗、高频率、多模式的发展趋势，相较于传统谐振器，RF-MEMS谐振器凭借抗震效果好、高频高Q值、低功耗、小尺寸、可集成、低成本等优势，被视为未来无线通信系统的理想射频器件，具有广阔的应用前景。

MEMS谐振器主要可分为两大类型：面外振动模态，如面外弯曲模态、扭转模态、厚度拉伸模态，等；面内振动模态，如径向轮廓模态、方形伸缩模态、平面剪切模态，等。相较于面外振动模态，面内振动模态的谐振频率由平面尺寸所定义，可在同一晶圆上实现多种尺寸，获得多种谐振频率，满足无线通信系统的多模式需求。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，支撑梁是MEMS谐振器中广泛采用的一种支撑结构，正常情况下，支撑梁尺寸应远小于谐振器尺寸以降低支撑损耗。然而，随着谐振频率的提高，谐振器尺寸减小，而受制于光刻精度，支撑梁尺寸难以随之等比例缩小。因此，支撑梁在整个器件结构中的相对刚度提高；且由于支撑梁与谐振结构之间连接面积增大，更多大振幅区域的能量耦合进入支撑梁。上述因素导致支撑梁弹性势能增大，在输入能量一定的情况下，支撑损耗加剧，Q值衰减，并伴随着谐振器模态扭曲。因此，迫切需要优化支撑结构，降低支撑损耗。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种用于降低能量损耗的RF-MEMS谐振器支撑结构，以缓解现有技术中的谐振器支撑梁弹性势能增大，支撑损耗加剧，Q值衰减，并伴随着谐振器模态扭曲的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种用于降低能量损耗的RF-MEMS谐振器支撑结构，包括：支撑梁，其一端沿谐振器的边沿与谐振器连接，另一端与后端支撑结构连接；后端支撑结构，设置于所述支撑梁和基座之间，用于减小所述支撑梁与基座间的连接刚度，增大固-气界面，反射向所述后端支撑结构两侧传输的弹性波；至少两级能量阻断结构，设置在所述支撑梁和所述后端支撑结构的连接处、所述后端支撑结构和/或基座上，用于阻断弹性波在谐振器支撑结构中的扩散路径。

在本公开的一些实施例中，所述支撑梁中包含多个转折和/或弯曲形状，用于减小刚度和振幅，延长声学传输路径，增加固-气界面。

在本公开的一些实施例中，所述支撑梁的形状包括：S形、圆环形、方框形、梳齿形或其中至少两种形状的组合。

在本公开的一些实施例中，所述支撑梁包括：直梁、折叠梁、框架梁、弧形梁或其中至少两种结构的组合；其中，所述谐振器和每个所述后端支撑结构之间包括至少一根所述支撑梁。

在本公开的一些实施例中，所述支撑梁的形状为轴对称、中心对称或旋转对称。

在本公开的一些实施例中，其中：设置在所述支撑梁和所述后端支撑结构的连接处的所述能量阻断结构为单个或阵列排布的多个孔洞结构；该孔洞的形状包括：三角形、梯形、弧形、矩形或其中至少两种形状的组合；该能量阻断结构的所述孔洞中的填充物为空气或声学阻抗与所述后端支撑结构不同的固体材料。