[發明專利]一種微機械諧振器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111298256.1
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN114124025A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 吳國強;肖宇豪;陳文;韓金釗
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H03H9/24
• 分類號: H03H9/24;H03H3/007
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

1.一種微機械諧振器，其特征在于，包括：襯底硅片和諧振器結構，所述諧振器結構包含諧振振子和支撐梁；所述襯底硅片具有空腔結構，所述諧振振子懸空于所述襯底硅片的所述空腔結構的上方，所述諧振振子通過所述支撐梁與所述襯底硅片連接；所述支撐梁與所述諧振振子的邊界連接，所述支撐梁與所述諧振振子的連接部分是在厚度方向上尺寸變化的結構。

2.根據權利要求1所述的微機械諧振器，其特征在于，所述支撐梁與所述諧振振子的連接部分在厚度方向上是漸變的結構；所述支撐梁的上表面、所述支撐梁的下表面，或者所述支撐梁的上表面和下表面，相對于所述諧振振子的表面具有非平面的幾何結構，所述非平面的幾何結構為凹陷或凸起的幾何結構。

3.根據權利要求1所述的微機械諧振器，其特征在于，所述支撐梁的橫截面為矩形、梯形、圓形、橢圓形、弓形中的一種或者多種的任意組合；所述諧振振子為矩形板、圓形板、橢圓形板、弓形板、多邊形板中的一種或者多種的任意組合。

4.根據權利要求1所述的微機械諧振器，其特征在于，所述支撐梁位于振動節點的位置，所述支撐梁的數目為一個或多個。

5.根據權利要求1所述的微機械諧振器，其特征在于，所述微機械諧振器為壓電式諧振器、電容式諧振器或壓阻式諧振器。

6.根據權利要求1所述的微機械諧振器，其特征在于，所述諧振振子為單一薄膜結構、金屬-壓電層-金屬的復合薄膜結構、金屬-壓電層-單晶硅/多晶硅的復合薄膜結中的一種；所述單一薄膜結構為單晶硅、多晶硅或者鍺化硅；所述壓電層的材料為石英、氮化鋁、鈧摻雜氮化鋁、氧化鋅、鋯鈦酸鉛中的一種。

7.一種微機械諧振器的制備方法，其特征在于，支撐梁與諧振振子的連接部分利用激光直寫工藝或熱回流工藝通過光刻工藝制成，或者，利用激光或者離子束無掩膜刻蝕制成；

采用所述微機械諧振器的制備方法制備得到如權利要求1-6中任一項所述的微機械諧振器。

8.根據權利要求7所述的微機械諧振器的制備方法，其特征在于，制備得到的所述微機械諧振器為電容式諧振器，所述制備方法包括以下步驟：

步驟1、在襯底硅片上刻蝕出空腔結構，并在所述襯底硅片的表面生長埋氧層；

步驟2、光刻并圖形化器件層硅的下表面，形成器件層硅下表面在厚度方向上尺寸變化的結構；

步驟3、所述器件層硅的下表面與所述襯底硅片熔融鍵合，并將所述器件層硅拋光研磨至所需厚度；

步驟4、沉積頂部電極，光刻并圖形化所述頂部電極；

步驟5、光刻并圖形化所述器件層硅的上表面，形成器件層硅上表面在厚度方向上尺寸變化的結構；

步驟6、刻蝕出諧振器結構。

9.根據權利要求7所述的微機械諧振器的制備方法，其特征在于，制備得到的所述微機械諧振器為金屬-壓電層-金屬復合薄膜結構的壓電式諧振器，所述制備方法包括以下步驟：

步驟1、襯底硅片上刻蝕出凹腔；

步驟2、化學氣相沉積第一犧牲層；

步驟3、濺射底部電極，光刻并圖形化所述底部電極；

步驟4、化學氣相沉積第二犧牲層，光刻并圖形化所述第二犧牲層，形成犧牲層非平面的結構；

步驟5、沉積壓電層，光刻并圖形化所述壓電層，形成壓電層上表面在厚度方向上尺寸變化的結構；

步驟6、刻蝕出電極通孔；

步驟7、濺射頂部電極，光刻并圖形化所述頂部電極；

步驟8、刻蝕釋放孔；

步驟9、刻蝕所述第一犧牲層和所述第二犧牲層，形成壓電層下表面在厚度方向上尺寸變化的結構以及所述襯底硅片的空腔結構。

10.根據權利要求7所述的微機械諧振器的制備方法，其特征在于，制備得到的所述微機械諧振器為金屬-壓電層-單晶硅/多晶硅復合薄膜結構的壓電式諧振器，所述制備方法包括以下步驟：

步驟1、襯底硅片上刻蝕出空腔結構，并在所述襯底硅片的表面生長埋氧層；

步驟2、光刻并圖形化器件層硅的下表面，形成器件層硅下表面在厚度方向上尺寸變化的結構；

步驟3、所述器件層硅的下表面與所述襯底硅片熔融鍵合，并將所述器件層硅拋光研磨至所需厚度；

步驟4、光刻并圖形化所述器件層硅的上表面，形成器件層硅上表面在厚度方向上尺寸變化的結構；

步驟5、沉積壓電層，光刻并圖形化所述壓電層；

步驟6、沉積頂部電極，光刻并圖形化所述頂部電極；

步驟7、沉積鈍化層，光刻并圖形化所述鈍化層；

步驟8、刻蝕出上、下電極通孔；

步驟9、沉積引出電極，光刻并圖形化所述引出電極；

步驟10、刻蝕出諧振器結構。