[發(fā)明專利]基于γ-石墨二炔的可調(diào)頻納機(jī)電諧振器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010571050.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN111600564B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田文超;李文華;馮學(xué)貴;陳勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);佛山市藍(lán)箭電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H03H3/007
• 分類號(hào): H03H3/007;H03H3/04;H03H3/02;H03H9/02;H03H9/15;H03H9/17
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發(fā)明公開了一種基于γ?石墨二炔的可調(diào)頻納機(jī)電諧振器，其包括：兩個(gè)溫控電極(1)、復(fù)合薄膜(2)、源極電極(3)、SiO₂襯底(4)、柵極電極(5)、Si基底(6)、高介電陶瓷基底(7)和漏極電極(8)。兩個(gè)溫控電極對(duì)稱分布于復(fù)合薄膜上表面兩側(cè)，復(fù)合薄膜由形狀記憶聚合物溫控層、聚二甲基硅氧烷介質(zhì)層與γ?石墨二炔導(dǎo)電層組成，復(fù)合薄膜位于源極和漏極和SiO₂襯底上表面，源、漏極分別位于SiO₂襯底內(nèi)側(cè)，柵極位于高介電陶瓷上表面正中位置。通過溫控電極激發(fā)溫控層內(nèi)部大分子鏈活性，改變其彈性模量；控制復(fù)合薄膜抗彎剛度變化，實(shí)現(xiàn)諧振器大范圍調(diào)頻功能。本發(fā)明諧振損耗低、可靠性高，可用于射頻微波通信設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可調(diào)頻納機(jī)電諧振器，可用于射頻微波通信設(shè)備。

技術(shù)背景

納機(jī)電諧振器是現(xiàn)在絕大部分通信設(shè)備中不可或缺的基本部件，是基于納機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)展的一種核心器件，通過機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換產(chǎn)生諧振頻率。具有體積小、質(zhì)量輕、諧振頻率高、比表面積大、靈敏度高的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于諧振式傳感器、信號(hào)發(fā)生器、編碼器、加速度計(jì)、射頻諧振天線、濾波器、導(dǎo)航和時(shí)鐘系統(tǒng)等射頻微波通信領(lǐng)域，非常適用于現(xiàn)代無線通信技術(shù)發(fā)展的要求。

目前，可調(diào)諧微納機(jī)電諧振器的調(diào)頻方式主要集中在多中心頻率諧振器組合法和從系統(tǒng)外部改變結(jié)構(gòu)剛度法。射頻前端仍采用多個(gè)不同中心頻率諧振器組合成諧振器組，通過選擇開關(guān)來選擇單個(gè)或者多個(gè)諧振器單元同時(shí)工作，以達(dá)到選擇不同頻段信號(hào)的目的。然而，多中心頻率諧振器組存在體積過大、可靠性低、難集成化等缺點(diǎn)，無法滿足高性能諧振器高集成、微型化的要求。外部剛度法又分為基于施加軸向載荷改變系統(tǒng)抗彎剛度法和基于外部激勵(lì)源方式引入外部剛度法。無論是結(jié)構(gòu)外載法，還是外部激勵(lì)法，都是從系統(tǒng)外部改變結(jié)構(gòu)剛度，本質(zhì)上材料彈性模量沒有改變，因此可調(diào)頻率窄、可靠性低，工藝難度較高。

2019年電子科技大學(xué)的鮑景富等人在CN110311642A中公開了“一種集成聲子晶體矩陣的微機(jī)電諧振器及其加工方法”，如圖1所示，其微機(jī)電諧振器的支撐臺(tái)1的頂端兩側(cè)對(duì)稱放置外接輸入電極2和輸出電極3，兩電極兩側(cè)均對(duì)稱設(shè)置有外接地電極4，諧振體6通過兩根支撐梁5固定懸浮在支撐臺(tái)1頂端的中心處，兩端對(duì)稱防止有聲子晶體矩陣7，諧振體6上的叉指電極通過對(duì)應(yīng)的金屬導(dǎo)線分別與外接電極2和3連接，每個(gè)聲子晶體矩陣7均有3×12個(gè)晶胞。雖然這種結(jié)構(gòu)微機(jī)電諧振器可以有效阻止能量耗散，減小插入損耗和回波損耗，提升品質(zhì)因數(shù)，但存在以下問題：

1)諧振器包含晶體矩陣，尺寸較大，難以集成化：

2)諧振頻率較低，在MHz級(jí)，不符合高頻化需求；

3)對(duì)刻蝕要求高，工藝復(fù)雜；

4)工作頻率調(diào)諧范圍窄。

2019年美國德克薩斯大學(xué)的Michael Cullinan等人在WO2019067488A1中公開了“Graphene microelectromechanical system(mems)resonant gas sensor”，如圖2所示，該石墨烯納機(jī)電諧振器基于應(yīng)變頻率可調(diào)，在Si襯底1表面上形成一層SiO₂介質(zhì)層2，介質(zhì)層2中間夾有背柵層3，介質(zhì)層2上表面是圖案化的銅襯底4，具有1-3個(gè)原子厚的石墨烯片層5在銅襯底4上懸浮，并由頂部金電極6固定在銅襯底4表面，該諧振器由熱激勵(lì)，通過控制石墨烯片上的表面張力來調(diào)諧諧振頻率，該結(jié)構(gòu)可使諧振頻率均勻調(diào)諧，感知微小變化，具有高靈敏度，但存在以下幾個(gè)問題：

1)1-3個(gè)原子厚的石墨烯片層不易分離轉(zhuǎn)移，缺陷眾多，可靠性低；

2)采用熱驅(qū)動(dòng)，受加熱距離限制，功耗大；

3)石墨烯表面張力難以控制，工藝復(fù)雜，可靠性低；

4)改變石墨烯諧振梁表面張力屬于結(jié)構(gòu)外載法，可調(diào)頻范圍窄。

發(fā)明內(nèi)容