[发明专利]一种微机械谐振器

权利要求书

1.一种微机械谐振器，其特征在于：

包含衬底硅片、谐振器结构和真空封装结构，

其中：

衬底硅片顶面设置有空腔；所述衬底硅片底面设置有凹槽或凹腔结构；

谐振器结构包含谐振振子、支撑梁、隔离框架和加热电阻丝；谐振振子悬空于衬底空腔上方，并通过支撑梁与隔离框架连接；隔离框架末端通过固支结构与衬底硅片连接；加热电阻丝位于隔离框架上表面；

所述谐振振子为矩形板结构；支撑梁的结构为直梁、T形梁或十字梁结构；隔离框架为U形梁或者蛇形折叠梁；

真空封装结构位于谐振器结构上方，并与衬底硅片结合形成真空腔室，将谐振器结构层悬空部分密封在真空腔室中；

所述谐振器的制作步骤如下：

第一步，提供一带空腔的SOI器件层；该层从下到上依次由衬底硅片、埋氧层氧化硅和谐振振子结构硅层组成；

第二步，在SOI器件层上表面沉积由钼制备的底电极层，接着制备由氮化铝制备的压电薄膜层，之后在压电薄膜层上制备由钼制备的顶电极层；

第三步，刻蚀出底电极的接触孔并制备铝电极以及键合环，并刻蚀制作谐振器结构；

第四步，最后在真空腔室中通过键合技术将由锗层、盖板硅片以及上下绝缘氧化层组成的真空封装结构与微机械谐振器圆片进行圆片级真空键合，对谐振器进行真空封装，在盖板硅片中的电化学通孔中有绝缘氧化硅和重掺多晶硅；并制备金属焊盘；

第五步，在键合圆片的衬底背面刻蚀出凹槽或凹腔结构以形成中心棱柱结构。

2.根据权利要求1中所述的微机械谐振器，其特征在于：所述支撑梁位于谐振振子振动节点位置；支撑梁的数目为一个或者多个。

3.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：所述谐振器的工作模态为宽度伸张模态或者宽度伸张高阶模态。

4.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：

所述谐振器的宽度为一定值，宽度尺寸决定了谐振器的谐振频率；

通过以下参数的调节来减小谐振振子与支撑梁连接处的机械振动，降低振动能量通过支撑梁向衬底的传播，从而减小谐振器的能量耗散：

谐振振子材料、厚度固定，调整谐振振子的长度；

组成谐振振子的任一材料厚度改变时，调整谐振振子的长度；

组成谐振振子的任一材料的晶向改变时，调整谐振振子的长度；

组成谐振振子的任一材料性质包括密度、杨氏模量改变时，调整谐振振子的长度。

5.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于，所述衬底硅片背面的凹槽或凹腔结构可以采用体硅深反应离子刻蚀制成，也可以采用机械划片方式制成，凹槽或凹腔可以是一个或者多个。

6.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：真空封装结构的封装方法包括圆片级真空键合技术和圆片级薄膜真空封装技术。

7.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：所述谐振器谐振振子可以是包括单晶硅、多晶硅和锗化硅的单一薄膜材料，也可以是单晶硅/多晶硅-氧化硅-金属-压电薄膜-金属组成的复合薄膜材料；压电薄膜材料包括氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅。

8.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：所述微机械谐振器为压电式谐振器、电容式谐振器或压阻式谐振器。