[發(fā)明專利]MEMS諧振器及其加工方法，時鐘器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110349998.6
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN115149921A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳國強;陳文;賈文涵;馮志宏;徐景輝
• 申請（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17;H03H9/02
• 代理公司: 深圳市深佳知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44285
• 代理人: 王仲凱

本申請實施例公開了一種MEMS諧振器，應(yīng)用于通信、時鐘器件等領(lǐng)域。MEMS諧振器包括固定部件，諧振子和支撐梁。諧振子通過支撐梁與固定部件相連。諧振子包括上電極層，壓電層和器件層。壓電層在上電極層和器件層之間。在壓電層和器件層之間設(shè)置有緩沖層。壓電層的材料溫度系數(shù)大于緩沖層的材料溫度系數(shù)，緩沖層的材料溫度系數(shù)大于器件層的材料溫度系數(shù)。在本申請中，通過在垂直方向上增加緩沖層，可以在降低熱彈性損耗的基礎(chǔ)上，降低工藝難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及時鐘器件領(lǐng)域，尤其涉及MEMS諧振器及其加工方法，時鐘器件。

背景技術(shù)

微電子機械(Micro Electro Mechanical System，MEMS)器件與傳統(tǒng)電子器件相比，具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。

MEMS諧振器主要的性能參數(shù)包括諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)(quality factor,Q)值、動態(tài)阻抗以及頻率溫度系數(shù)等。Q值是MEMS諧振器中多種能量損耗綜合作用的結(jié)果。多種能量損耗包括空氣阻尼損耗，熱彈性損耗(thermoelastic dissipation，TED)，材料損耗，錨點損耗和電學(xué)負載損耗。其中，熱彈性損耗是制約Q值的主要因素。熱彈性損耗是由MEMS諧振器在振動過程中產(chǎn)生的熱梯度引起的。熱梯度的兩側(cè)為熱端和冷端。為了降低熱彈性損耗，可以在存在熱梯度的交界線處出刻蝕隔離槽。隔離槽可以減少熱端和冷端之間的熱量流動，從而降低MEMS諧振器的熱彈性損耗。

但是，諧振模態(tài)的MEMS諧振器的諧振子在垂直方向上是多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生熱彈性損耗的熱梯度也是垂直分布的。因此，需要在諧振子的側(cè)邊刻蝕隔離槽。而在MEMS諧振器的加工流程中，進行側(cè)邊的刻蝕工藝較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┝艘环NMEMS諧振器及其加工方法，時鐘器件。通過在垂直方向上增加緩沖層，可以在降低熱彈性損耗的基礎(chǔ)上，降低工藝難度。

本申請第一方面提供了一種MEMS諧振器。MEMS諧振器包括固定部件，諧振子和支撐梁。諧振子通過支撐梁與固定部件相連。諧振子包括上電極層，壓電層和器件層。壓電層在上電極層和器件層之間。在壓電層和器件層之間設(shè)置有緩沖層。壓電層的材料溫度系數(shù)大于緩沖層的材料溫度系數(shù)，緩沖層的材料溫度系數(shù)大于器件層的材料溫度系數(shù)。其中，材料溫度系數(shù)α是熱膨脹系數(shù)，E是楊氏模量，ρ是質(zhì)量密度，C是比熱容，v是泊松比。

在本申請中，壓電層，緩沖層和器件層之間的材料溫度系數(shù)呈梯度變化。因此，緩沖層可以減少壓電層和器件層之間的熱量流動，降低MEMS諧振器的熱彈性損耗，從而提升Q值。并且，相比于在側(cè)邊刻蝕隔離槽，在垂直方向上增加緩沖層的工藝更為簡單。因此，本申請可以降低工藝難度。

在第一方面的一種可選方式中，在壓電層和器件層之間包括下電極層。緩沖層在下電極層和器件層之間。在本申請中，限定了壓電層，緩沖層和器件層之間的材料溫度系數(shù)呈梯度變化，因此限定了緩沖層的材料的可選擇范圍。并且，當(dāng)器件層作為諧振子的下電極層時，為了提高諧振子的工作效率，緩沖層需要為導(dǎo)電材料。因此，本申請增加下電極層。下電極層在緩沖層和壓電層之間。因此緩沖層可以是非導(dǎo)電材料。因此，本申請增加了緩沖層的材料的可選范圍。

在第一方面的一種可選方式中，緩沖層為非導(dǎo)電材料。

在第一方面的一種可選方式中，下電極層的材料溫度系數(shù)大于緩沖層的材料溫度系數(shù)，下電極層的材料溫度系數(shù)小于壓電層的材料溫度系數(shù)。其中，本申請限定壓電層，下電極層，緩沖層和器件層的材料溫度系數(shù)呈梯度變化。此時，下電極層也作為了一層緩沖層。因為，本申請可以進一步降低熱彈性損耗。