[发明专利]一种高品质因数的椭圆形谐振器

说明书

本发明公开了一种高品质因数的椭圆形谐振器，包括：椭圆谐振子、压电驱动器、压电检测器、支撑梁、锚点、引脚、导线和衬底；支撑梁包括第一支撑梁和第二支撑梁；导线包括驱动信号导线、检测信号导线、第一接地信号导线和第二接地信号导线；锚点包括第一锚点和第二锚点；引脚包括第一接地信号引脚、第二接地信号引脚、检测信号引脚和驱动信号引脚；衬底的顶面上设置有悬浮的椭圆谐振子，椭圆谐振子长轴的一端通过第一支撑梁连接第一锚点，椭圆谐振子长轴的另一端通过第二支撑梁连接第二锚点；解决了以往技术中由于支撑梁扭转变形导致的损耗问题。

技术领域

本发明涉及射频微机电系统领域，特别是一种高品质因数的椭圆形谐振器。

背景技术

相比于传统谐振器，MEMS谐振器具备高Q值、低功耗、小尺寸、可集成、低成本等优势，在无线通信系统中具有广阔的应用前景。MEMS谐振器主要可分为两大类型：面外振动模态和面内振动模态。

其中，基于面外振动模态的盘形谐振器在低频时仍然具有较小的运动阻抗，因此在低频应用中具有优势，这类谐振器中的典型结构是圆盘形。支撑梁损耗是限制圆盘形谐振器品质因数的一种典型损耗机制，它是一种弹性波通过支撑梁从谐振子传导到基底产生的能量损耗。

为了抑制支撑梁损耗，一种典型有效的方法是将支撑梁安放于振动模态中的节点。节点处的位移和位移梯度均等于零，因而可以有效抑制支撑梁的弹性变形，进而抑制支撑梁损耗。在某些模态中，圆盘形谐振器的中心是一个理想节点，但是将支撑梁布置于圆盘中心需要较长的导线，从而需要较大的封装空间，并且导致较大的寄生电容。另外，对于节线小于两条的低频模态，不能将支撑梁损耗安放于圆盘中心，因为圆盘中心不是一个节点，这限制了低频谐振器的设计。另一种支撑梁的布置方法是将支撑梁布置在外圆周，并与节线共线，同时尽量减小支撑梁的宽度。这种支撑梁布置方式能够抑制支撑梁的伸缩变形和弯曲变形，但是支撑梁上仍然存在扭转变形引起的损耗，因而不是一种理想的支撑梁布置方式。基于此，迫切需要优化谐振器结构，降低支撑梁损耗。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高品质因数的椭圆形谐振器，解决了以往技术中由于支撑梁扭转变形导致的损耗问题。

本发明采用的技术方案是，一种高品质因数的椭圆形谐振器，包括：椭圆谐振子、压电驱动器、压电检测器、支撑梁、锚点、引脚、导线和衬底；支撑梁包括第一支撑梁和第二支撑梁；导线包括驱动信号导线、检测信号导线、第一接地信号导线和第二接地信号导线；锚点包括第一锚点和第二锚点；引脚包括第一接地信号引脚、第二接地信号引脚、检测信号引脚和驱动信号引脚；

衬底的顶面上设置有悬浮的椭圆谐振子，椭圆谐振子长轴的一端通过第一支撑梁连接第一锚点，椭圆谐振子长轴的另一端通过第二支撑梁连接第二锚点；第一锚点设置于衬底的顶面上，第一锚点和衬底之间设置有第一绝缘氧化层；第二锚点设置于衬底的顶面上，第二锚点和衬底之间设置有第二绝缘氧化层；第一锚点顶面上设置有驱动信号引脚和第一接地信号引脚，第二锚点顶面上设置有检测信号引脚和第二接地信号引脚；

椭圆谐振子上设置压电驱动器和压电检测器；压电驱动器依次由第一二氧化硅绝缘层、第一接地电极、第一PZT压电薄膜和驱动电极堆叠而成；

压电检测器依次由第二二氧化硅绝缘层、第二接地电极、第二PZT压电薄膜和检测电极堆叠而成；

压电驱动器和压电检测器的平面图形一样且为椭圆形。

优选地，驱动信号引脚与第一锚点之间铺依次设置有第一二氧化硅绝缘层、第一接地金属层和第一PZT压电薄膜；

检测信号引脚与锚点之间依次铺设有第二二氧化硅绝缘层、第二接地金属层和第二PZT压电薄膜。

优选地，第一接地金属层、第二接地金属层、第一PZT压电薄膜、第二而PZT压电薄膜用于保证驱动信号引脚与驱动电极、检测信号引脚与检测电极同时制作，从而避免额外制作工序的采用。