[发明专利]一种多梁耦合的微机电谐振器

说明书

本公开提供一种多梁耦合的微机电谐振器，包括：谐振结构，包括多个谐振梁，且各个谐振梁顺次首尾相连耦合形成多边形环，相邻所述谐振梁耦合处设置有位移节点；电极，设置于所述谐振结构外围及所述谐振结构的内侧，通过机电转换介质层与所述谐振结构相隔；多个支撑梁，每个所述支撑梁的一端连接至一个所述位移节点；其中，各所述支撑梁的另一端连接至固定的基座，使得所述谐振结构处于悬空状态，因此在谐振结构工作时，电极驱动所述谐振结构，使所述每个谐振梁在所述多边形环所在面内朝垂直于对应谐振梁长度的方向做弯曲振动。

技术领域

本公开涉及射频微机电系统技术领域，尤其涉及一种多梁耦合的微机电谐振器。

背景技术

无线通信系统有高频率、多模式、小型化、集成化、低功耗的发展趋势。传统的谐振器无法完全满足未来无线通讯系统在频率、Q值、体积、功耗方面的要求。MEMS谐振器件具有高Q值、低功耗、小尺寸、可集成、低成本等优势，是未来无线通信系统的理想选择之一，拥有广阔的应用前景。

目前已报道的MEMS谐振器主要有两种类型的谐振模态：第一类是包括弯曲模态和扭转模态的面外振动模态，第二类是包括体模态和剪切模态等面内振动模态。然而，第一类模态热弹性损耗大，Q值低，且电极覆盖面积较小，插入损耗大，不利于与后端射频电路阻抗匹配；第二类模态的谐振结构在相同频率下，面内特征尺寸较大，如频率约为5MHz的方板Lamé模态谐振器，边长就已达到800μm，不利于器件大规模集成，另外边长的增大也须增加厚度来保持结构稳定性，增大了工艺难度。因此，迫切需要开发高Q值、小体积、低插入损耗的MEMS谐振器。

针对上述问题，本发明提供的谐振器基于面内弯曲模态，该模态具有比面外振动模态更低的热弹性损耗，可实现较高的Q值，并且平面特征尺寸比报道的面内振动模态小一个数量级，易于构建小型化的器件，降低成本。因此，本发明提供的谐振器可用于构建多种高性能射频器件，具备实用化潜力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种多梁耦合的微机电谐振器，以缓解现有技术中机电转换效率低，插入损耗大等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种多梁耦合的微机电谐振器，包括：

谐振结构，包括多个谐振梁，且各个谐振梁顺次首尾相连耦合形成多边形环，相邻所述谐振梁耦合处设置有位移节点；

电极，设置于所述谐振结构外围及所述谐振结构的内侧，通过机电转换介质层与所述谐振结构相隔；

多个支撑梁，每个所述支撑梁的一端连接至一个所述位移节点；

其中，各所述支撑梁的另一端连接至固定的基座，使得所述谐振结构处于悬空状态，因此在谐振结构工作时，电极驱动所述谐振结构，使所述每个谐振梁在所述多边形环所在面内朝垂直于对应谐振梁长度的方向做弯曲振动。

在本公开实施例中，所述谐振结构中相邻所述谐振梁之间耦合的角度范围为0到180°，耦合位置为谐振梁的端点，相邻所述谐振梁的尺寸相同或不同。

在本公开实施例中，所述谐振梁，为形状矩形、弧形、框形、环形中一种或其组合的单梁或复合梁结构。

在本公开实施例中，所述电极配置为单端或差分模式，分别为谐振结构提供单端或差分模式的驱动或检测。

进一步地，所述驱动或检测的电极可以是同一电极或不同电极，且所述电极结构为平板、叉指、梳齿、锯齿等中一种或其组合。

进一步地，所述不同电极包括：

外部电极，设置于所述谐振结构外围，用于激励所述谐振结构的静电换能结构；

内部电极，设置于所述谐振结构内侧，用于检测所述谐振结构的静电换能结构。