[發明專利]基于模態重分布的MEMS諧振器及其調節方法

在審

• 申請號: 202011642670.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112865740A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 賈倩倩;楊晉玲;袁泉;陳澤基;劉文立;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H3/007
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

本公開提供了一種基于模態重分布的MEMS諧振器，包括：襯底；支撐結構，一端固定在所述襯底上；諧振單元，設有調整裝置，所述諧振單元與支撐結構的另一端相連；電極，與所述諧振單元電連接，所述電極設置在所述諧振單元的側面、上表面和/或下表面。本公開針對無線通信系統的不同應用需求，其結構可靈活設置，進而實現了對其性能的優化，有效擺脫了現有光刻精度工藝水平的限制，該MEMS諧振器具備尺寸小、易加工、節省空間等優勢，有利于實現集成化、微型化，推動MEMS諧振器在智能傳感領域的高端應用。

技術領域

本公開涉及射頻微機電系統，具體涉及一種基于模態重分布的MEMS諧振器及其調節方法。

背景技術

未來無線通信系統呈現出集成化、小型化、低功耗、高頻率、多模式的發展趨勢，射頻前端收發系統具有對射頻信號的預處理功能，是無線通信系統的重要組成部分。傳統射頻前端收發系統所采用的射頻諧振器件主要包括石英晶振、聲表面波(SAW)濾波器、薄膜體聲波諧振器(FBAR)、陶瓷濾波器、LC諧振電路等。然而，該傳統射頻器件在體積、性能、功耗等方面存在諸多限制因素，MEMS諧振器件具有高線性度、高Q值、低功耗、小尺寸、可集成、低成本等優勢，是未來無線通信系統的理想選擇之一，具有極大的應用潛力。

傳統MEMS諧振器件的頻率的穩定性受諧振模態幾何尺寸的影響較大：MEMS諧振器件的尺寸越小，其諧振頻率越高，但由于現有光刻精度工藝水平的限制，MEMS諧振器件的可制作尺寸有限，導致現有MEMS諧振器件存在頻率較低，器件結構不穩定且空間較大等諸多問題。所以，目前亟待開發一種具備頻率和品質因子能夠靈活調節特性的新型MEMS諧振器件，如此一來可為MEMS諧振器件提供更加靈活的設計空間，更好的適應加工工藝需求，以更好地滿足實際應用需求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種基于模態重分布的MEMS諧振器及其頻率、Q值調節方法，以至少解決上述現有技術中存在的問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本公開提供了一種基于模態重分布的MEMS諧振器，包括：襯底、支撐結構、諧振單元和電極，其中諧振單元上開設有調整裝置，電極設置在諧振單元的側面、上表面和/或下表面，該諧振單元與電極電連接，支撐結構的一端固定在襯底上，支撐結構的另一端與諧振單元相連。

可選地，調整裝置為負載結構，負載結構數量至少為一個；通過加設負載結構，使MEMS諧振器的頻率降低，MEMS諧振器的Q值降低；

其中，負載結構覆蓋于諧振單元的表面；

其中，負載結構為單層或多層薄膜的圖形化結構；圖形化結構為菱形、圓形、矩形或扇形中的一種或多種。

可選地，調整結構為孔洞結構，孔洞結構數量至少為一個；通過加設孔洞結構，使MEMS諧振器的頻率降低，MEMS諧振器的Q值降低；

其中，孔洞結構為通孔，其形狀包括菱形、圓形、矩形或扇形中的一種或幾種。

可選地，孔洞結構內部分或完全填充二氧化硅或氮化硅材料。

可選地，調整裝置為角結構，角結構數量至少為一個；通過加設角結構，使MEMS諧振器的頻率增加，MEMS諧振器的Q值增加；

其中，角結構為諧振單元邊緣的倒角、圓角或切角。

可選地，電極的材料為半導體材料或者金屬材料，半導體材料為單晶硅或多晶硅，金屬材料為鉻金。

可選地，諧振單元的材料為半導體材料或者金屬材料，半導體材料為單晶硅、多晶硅和二氧化硅中任一材料或至少其中兩種材料組合的復合材料。

可選地，諧振單元與電極之間的換能方式包括靜電式、壓電式、熱電式、壓阻式和電磁式。