[发明专利]基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器

说明书

本发明公开了一种基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器，属于电子科学技术领域，其包括谐振体振动块，其包括单晶硅层、覆盖在所述单晶硅层一侧表面的氮化铝压电层及位于谐振体振动块两端、且贯穿单晶硅层和氮化铝压电层的多个通孔；两个支撑台，每个支撑台通过一条支撑梁连接在谐振体振动块长度方向的侧面上，支撑台和支撑梁上均覆盖有氮化铝压电层；谐振体振动块上的氮化铝压电层通过支撑梁上的氮化铝压电层与对应支撑台上的氮化铝压电层电气连接。

技术领域

本发明属于射频微机电系统，具体涉及基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器。

背景技术

谐振器是电子设备中的关键器件之一，目前电子设备中使用的主要是石英晶体谐振器，但随着对电子设备高性能、小型化的进一步要求，石英晶体谐振器的大体积、高功耗和无法与IC工艺兼容等缺点变得非常凸显。MEMS压电谐振器是一种基于微机械工艺和微机械振动的高性能谐振器器件，它具有体积小、低功耗、与IC工艺兼容的优点，使得其在系统小型化发展过程中具有良好的前景。

目前研究较多的MEMS谐振器主要是微机械压电式谐振器，这一类谐振器将输入电信号通过能量转换结构转换为机械信号，再通过能量转换结构将机械信号转换为电信号输出。由于谐振器的振动块工作在伸缩模态下，为了不必要的面外位移造成能量损耗，谐振器振动块一般为标准的矩形结构。矩形结构可以带来稳定的振动，但其尺寸参数仅有长度和宽度两项，在谐振器的频率设计上参数比较单一。在谐振器的制造过程中，由于工艺因素带来的残余应力会使谐振器的谐振频率产生偏差，而矩形结构的振动块难以进行丰富的参数调整，以补偿该频率偏差。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器通过在谐振器振动块的单晶硅层和氮化铝压电层上刻蚀的通孔实现谐振器频率的调节。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器，其包括：

谐振体振动块，其包括单晶硅层、覆盖在所述单晶硅层一侧表面的氮化铝压电层及位于谐振体振动块两端、且贯穿单晶硅层和氮化铝压电层的多个通孔；

两个支撑台，每个支撑台通过一条支撑梁连接在谐振体振动块长度方向的侧面上，支撑台和支撑梁上均覆盖有氮化铝压电层；

谐振体振动块上的氮化铝压电层通过支撑梁上的氮化铝压电层与对应支撑台上的氮化铝压电层电气连接。

本发明的有益效果为：本方案的通孔构成人工声子晶体结构，这种通孔能阻挡波的传输，产生声波反射，改变谐振模式的空间分布，具体而言通孔改变了谐振体振动块的有效长度，所以，通过设计在谐振体振动块的单晶硅层和氮化铝压电层上的通孔能够调节谐振体振动块的有效长度，进而实现对谐振器谐振频率的调节。

附图说明

图1为基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器的结构示意图。

图2为图1中A-A连线截面示意图。

图3为图1的俯视图以及尺寸标注。

图4为通孔数量为奇数、且两端通孔不对称时基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器的结构示意图。

图5为通孔是矩形时基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器的结构示意图。

图6为通孔是十字形时基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器的结构示意图。

图7为基于谐振体通孔调节频率的MEMS压电谐振器的伸缩振动工作模态示意图。

图8为图1中的压电谐振器中通孔尺寸对谐振频率的调节作用的仿真结果。