[發(fā)明專利]一種多梁耦合的微機(jī)電諧振器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110433259.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN112953433A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文立;楊晉玲;袁泉;陳澤基;楊富華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H03H7/075
• 分類號(hào): H03H7/075
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢(mèng)圓

本公開提供一種多梁耦合的微機(jī)電諧振器，包括：諧振結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)諧振梁，且各個(gè)諧振梁順次首尾相連耦合形成多邊形環(huán)，相鄰所述諧振梁耦合處設(shè)置有位移節(jié)點(diǎn)；電極，設(shè)置于所述諧振結(jié)構(gòu)外圍及所述諧振結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，通過機(jī)電轉(zhuǎn)換介質(zhì)層與所述諧振結(jié)構(gòu)相隔；多個(gè)支撐梁，每個(gè)所述支撐梁的一端連接至一個(gè)所述位移節(jié)點(diǎn)；其中，各所述支撐梁的另一端連接至固定的基座，使得所述諧振結(jié)構(gòu)處于懸空狀態(tài)，因此在諧振結(jié)構(gòu)工作時(shí)，電極驅(qū)動(dòng)所述諧振結(jié)構(gòu)，使所述每個(gè)諧振梁在所述多邊形環(huán)所在面內(nèi)朝垂直于對(duì)應(yīng)諧振梁長(zhǎng)度的方向做彎曲振動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及射頻微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多梁耦合的微機(jī)電諧振器。

背景技術(shù)

無線通信系統(tǒng)有高頻率、多模式、小型化、集成化、低功耗的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的諧振器無法完全滿足未來無線通訊系統(tǒng)在頻率、Q值、體積、功耗方面的要求。MEMS諧振器件具有高Q值、低功耗、小尺寸、可集成、低成本等優(yōu)勢(shì)，是未來無線通信系統(tǒng)的理想選擇之一，擁有廣闊的應(yīng)用前景。

目前已報(bào)道的MEMS諧振器主要有兩種類型的諧振模態(tài)：第一類是包括彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)的面外振動(dòng)模態(tài)，第二類是包括體模態(tài)和剪切模態(tài)等面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)。然而，第一類模態(tài)熱彈性損耗大，Q值低，且電極覆蓋面積較小，插入損耗大，不利于與后端射頻電路阻抗匹配；第二類模態(tài)的諧振結(jié)構(gòu)在相同頻率下，面內(nèi)特征尺寸較大，如頻率約為5MHz的方板Lamé模態(tài)諧振器，邊長(zhǎng)就已達(dá)到800μm，不利于器件大規(guī)模集成，另外邊長(zhǎng)的增大也須增加厚度來保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增大了工藝難度。因此，迫切需要開發(fā)高Q值、小體積、低插入損耗的MEMS諧振器。

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供的諧振器基于面內(nèi)彎曲模態(tài)，該模態(tài)具有比面外振動(dòng)模態(tài)更低的熱彈性損耗，可實(shí)現(xiàn)較高的Q值，并且平面特征尺寸比報(bào)道的面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)小一個(gè)數(shù)量級(jí)，易于構(gòu)建小型化的器件，降低成本。因此，本發(fā)明提供的諧振器可用于構(gòu)建多種高性能射頻器件，具備實(shí)用化潛力。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

基于上述問題，本公開提供了一種多梁耦合的微機(jī)電諧振器，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)電轉(zhuǎn)換效率低，插入損耗大等技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

本公開提供了一種多梁耦合的微機(jī)電諧振器，包括：

諧振結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)諧振梁，且各個(gè)諧振梁順次首尾相連耦合形成多邊形環(huán)，相鄰所述諧振梁耦合處設(shè)置有位移節(jié)點(diǎn)；

電極，設(shè)置于所述諧振結(jié)構(gòu)外圍及所述諧振結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，通過機(jī)電轉(zhuǎn)換介質(zhì)層與所述諧振結(jié)構(gòu)相隔；

多個(gè)支撐梁，每個(gè)所述支撐梁的一端連接至一個(gè)所述位移節(jié)點(diǎn)；

其中，各所述支撐梁的另一端連接至固定的基座，使得所述諧振結(jié)構(gòu)處于懸空狀態(tài)，因此在諧振結(jié)構(gòu)工作時(shí)，電極驅(qū)動(dòng)所述諧振結(jié)構(gòu)，使所述每個(gè)諧振梁在所述多邊形環(huán)所在面內(nèi)朝垂直于對(duì)應(yīng)諧振梁長(zhǎng)度的方向做彎曲振動(dòng)。

在本公開實(shí)施例中，所述諧振結(jié)構(gòu)中相鄰所述諧振梁之間耦合的角度范圍為0到180°，耦合位置為諧振梁的端點(diǎn)，相鄰所述諧振梁的尺寸相同或不同。

在本公開實(shí)施例中，所述諧振梁，為形狀矩形、弧形、框形、環(huán)形中一種或其組合的單梁或復(fù)合梁結(jié)構(gòu)。

在本公開實(shí)施例中，所述電極配置為單端或差分模式，分別為諧振結(jié)構(gòu)提供單端或差分模式的驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)或檢測(cè)的電極可以是同一電極或不同電極，且所述電極結(jié)構(gòu)為平板、叉指、梳齒、鋸齒等中一種或其組合。

進(jìn)一步地，所述不同電極包括：

外部電極，設(shè)置于所述諧振結(jié)構(gòu)外圍，用于激勵(lì)所述諧振結(jié)構(gòu)的靜電換能結(jié)構(gòu)；

內(nèi)部電極，設(shè)置于所述諧振結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)所述諧振結(jié)構(gòu)的靜電換能結(jié)構(gòu)。