[發(fā)明專利]工作頻率可實(shí)時(shí)微調(diào)的TPoS諧振器及其加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011449517.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN112653408B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂程;陳劍南;李飛龍;張曉升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03H3/04
• 分類號(hào): H03H3/04;H03H9/17;H03H9/19
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發(fā)明公開了工作頻率可實(shí)時(shí)微調(diào)的TPoS諧振器及其加工方法，涉及射頻微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，解決溫度漂移對(duì)諧振器工作頻率產(chǎn)生負(fù)面影響的問題。本發(fā)明包括雙端固支梁(9)直接與SOI基底(1)連接，通過連接梁(10)與帶電摻雜硅懸浮平臺(tái)(11)連接，雙端固支梁(9)的頂部設(shè)置有4×2的電極陣列，通過對(duì)應(yīng)的金屬引線分別與正極性電極盤(8)和負(fù)極性電極盤(7)電氣連接。本發(fā)明旨在減小諧振器頻率對(duì)加工工藝誤差的敏感度，降低加工成本，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)工作頻率可實(shí)時(shí)調(diào)整的諧振器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及工作頻率可實(shí)時(shí)微調(diào)的TPoS諧振器及其加工方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Eletro-Mechanical Systems,MEMS)是一種將微型機(jī)械結(jié)構(gòu)與電路集成的器件和系統(tǒng)，具有小型化、輕量化以及高度集成化的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、信息通信、生物化學(xué)、醫(yī)療、自動(dòng)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。MEMS諧振器是MEMS技術(shù)在射頻領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用，與傳統(tǒng)石英晶體諧振器相比，MEMS諧振器具有重量輕、功耗低、體積小以及能夠與COMS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。在目前被廣泛研究和應(yīng)用的聲學(xué)諧振器中，聲表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)諧振器和薄膜體聲波諧振器(Thin-Film Bulk Acoustic Wave Resonator,FBAR)占據(jù)了非常重要的地位。其中，SAW諧振器具有高穩(wěn)定性、小尺寸、低成本、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)；但是SAW諧振器的工作頻率由電極之間的間距決定的，由于加工工藝線寬的限制，使得SAW諧振器的工作頻率較低。而在FBAR中，聲波是在器件內(nèi)部傳播，具有更高的相速度，因此相比于SAW諧振器，F(xiàn)BAR具有更高的工作頻率、更高的品質(zhì)因數(shù)和更大的功率容量；但是FBAR的工作頻率由壓電薄膜的厚度決定，難以在同一晶圓上設(shè)計(jì)多種頻率的諧振器。

硅上薄膜壓電式(Thin-film Piezoelectric-on-Silicon,TPoS)的微機(jī)械諧振器是一種新型的體聲波諧振器，具有金屬電極-壓電薄膜-基底的三層結(jié)構(gòu)，TPoS諧振器的結(jié)構(gòu)結(jié)合了SAW諧振器和FBAR兩種成熟技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：它的工作頻率是由頂部的叉指電極間距決定的，由光刻確定，能夠在同一晶圓上設(shè)計(jì)多種頻率的諧振器；此外，懸浮結(jié)構(gòu)使得TPoS諧振器具有較高的品質(zhì)因數(shù)，氮化鋁(AlN)工藝可以與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容的，因此TPoS諧振器能夠有效的解決SAW諧振器所面臨的低品質(zhì)因數(shù)、低諧振頻率和難以集成的限制。從聲學(xué)角度看，AlN薄板中最低階對(duì)稱(S0)蘭姆波模式的相速度接近10,000m/s，具有優(yōu)異的色散特性和適中的機(jī)電耦合系數(shù)。

頻率溫度系數(shù)(Temperature Coefficient of Frequency,TCF)是諧振器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。諧振器的工作頻率易受到溫度的影響發(fā)生偏移，這種偏移會(huì)對(duì)諧振器和基于諧振器的器件產(chǎn)生負(fù)面的影響，而TPoS諧振器的工作頻率是由電極叉指間距決定的，因此可以提高光刻精度進(jìn)行微調(diào)，但這種方法存在2個(gè)問題：

1、高精度的光刻增大了加工的復(fù)雜度，增加了加工成本；

2、無法進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，無法應(yīng)對(duì)的溫度漂移帶來的復(fù)雜情況。

為了解決這些問題，使得TPoS諧振器具有更廣泛的應(yīng)用，尋找一種可實(shí)時(shí)微調(diào)諧振器工作頻率的方法是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種通過靜電力作用實(shí)現(xiàn)工作頻率可實(shí)時(shí)微調(diào)的TPoS諧振器及其制備方法，能夠通過對(duì)雙端固支梁上的電極陣列和懸浮平臺(tái)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行不同的電壓設(shè)置，達(dá)到對(duì)諧振器頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)可控的微調(diào)整的目的，用于解決溫度漂移對(duì)諧振器工作頻率產(chǎn)生負(fù)面影響等問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：