專(zhuān)利名稱(chēng)：諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振器，特別是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器。
背景技術(shù)：
MEMS諧振器實(shí)現(xiàn)了很高的Q值(Q-factor)、小尺寸、高度集成和低成本。這些器 件有望取代高精度振蕩器中的大體積的石英晶體。這些器件用于守時(shí)和基準(zhǔn)頻率的應(yīng)用， 例如移動(dòng)電話中的RF模塊、含有藍(lán)牙模塊的設(shè)備以及其他數(shù)字和電信設(shè)備。MEMS諧振器基本上由可以激發(fā)成機(jī)械共振的硅彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)(mass-spr ing system)以及檢測(cè)該振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置組成。在大部分MEMS諧振器中，采用 靜電驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)激發(fā)，并且通過(guò)電容或壓電電阻方法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。存在著兩類(lèi)重要的MEMS諧振器彎曲模式和體聲波(BAW)模式諧振器。彎曲模式諧振器依賴(lài)結(jié)構(gòu)例如梁的彎曲，其中變形(伸展、壓縮和剪切的結(jié)合)局 限在該結(jié)構(gòu)的一些部分中。BAW模式諧振器依賴(lài)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，其中變形(伸展和壓縮)發(fā)生 在結(jié)構(gòu)整個(gè)體積的絕大部分。這兩種模式的振動(dòng)方向可以在平面內(nèi)或在平面外?？v體聲波 模式(或簡(jiǎn)稱(chēng)，縱模式)諧振器屬于BAW模式類(lèi)。在這樣的器件中，例如梁的結(jié)構(gòu)沿著一個(gè) 方向收縮和伸展，通常是平面內(nèi)的方向。在一些類(lèi)型的諧振器中，諧振體(mass)是一個(gè)剛 性塊狀結(jié)構(gòu)，在振動(dòng)期間不會(huì)明顯變形。在諧振體和器件的大部分(例如襯底)之間的連 接起彈簧作用，在振動(dòng)期間可以變形。在其他類(lèi)型的諧振器中，彈簧是諧振體的一部分，諧 振體是彈簧的一部分，或者在某些情況下，它們可以合并到一個(gè)結(jié)構(gòu)中。在所有類(lèi)型的硅諧振器中，在彈簧常量中存在非線性，在大位移時(shí)導(dǎo)致振動(dòng)變形。 這引起了電信號(hào)的相對(duì)的失真和最終的分支極限(bifurcation limit)，此時(shí)在信號(hào)與的 頻率曲線中開(kāi)始出現(xiàn)滯后。在彈簧常量中的非線性源于材料、幾何形狀和電的非線性。這種非線性表明其彈 簧軟化或彈簧硬化的效應(yīng)，取決于器件的類(lèi)型和尺寸以及驅(qū)動(dòng)電壓。例如，縱模式諧振器 在伸展期間具有彈簧軟化，而在一些彎曲模式諧振器例如兩端夾緊梁(clamped-clamped beam)中，該器件受到彈簧硬化的影響。電氣驅(qū)動(dòng)總是誘導(dǎo)一些彈簧軟化效應(yīng)。這些軟化和硬化效應(yīng)的結(jié)合將造成總的軟 化或硬化行為，這取決于組成效應(yīng)的大小和符號(hào)。在縱模式諧振器中，通常機(jī)械非線性(幾 何形狀和材料)占主導(dǎo)。但是對(duì)彎曲模式并非如此。已經(jīng)提出通過(guò)偏置該器件至最佳電壓來(lái)消除彎曲諧振器中的非線性影響，在該最 佳電壓，電軟化的大小等于機(jī)械硬化的大小，使得相互抵消兩個(gè)相反的效應(yīng)。然而，這個(gè)方 法只有在固定振動(dòng)幅度和固定的特定電壓狀態(tài)和布局時(shí)可行，并且僅應(yīng)用于某些類(lèi)型的彎 曲模式諧振器上。BAW諧振器例如縱模式諧振器，已被證明具有比彎曲模式諧振器更大數(shù)量級(jí) (orders-of-magnitude)的能量存儲(chǔ)容量和更高的Q值。因此，BAW諧振器對(duì)于振蕩器應(yīng)用 是優(yōu)選的。對(duì)于縱模式諧振器，機(jī)械軟化效應(yīng)是由于在振動(dòng)期間當(dāng)梁伸展時(shí)梁的橫截面變窄，以及負(fù)的高階楊氏模量伸展項(xiàng)(expansion terms)。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的縱向諧振器在伸展 模式下工作。然而，當(dāng)梁被壓縮時(shí)，相反的效應(yīng)發(fā)生梁的橫截面變寬，導(dǎo)致一個(gè)更硬的彈簧常量。圖1示出所謂的“狗骨”形狀的諧振器，包括通過(guò)固定在中間的一對(duì)梁14連接的 兩個(gè)諧振體10，12。驅(qū)動(dòng)電極用于在諧振頻率下分開(kāi)和一同驅(qū)動(dòng)諧振體。正如上文所解釋的，該結(jié)構(gòu)在彈簧常量中具有非線性項(xiàng)，這引起了產(chǎn)生的電信號(hào) 的失真。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種諧振器，包括諧振體；第一連接器，位于諧振體的第一側(cè)上，連接在諧振體和第一固定架之間；第二連接器，位于諧振體的相對(duì)的第二側(cè)上，連接在諧振體和第二固定架之間；以 及驅(qū)動(dòng)裝置，用于將諧振體驅(qū)動(dòng)至諧振模式，其中諧振體沿側(cè)向方向振蕩，從而壓縮 第一和第二連接器之一，同時(shí)伸展第一和第二連接器中的另一個(gè)。諧振體在固定點(diǎn)之間的側(cè)向運(yùn)動(dòng)提供了推拉式諧振器(push-pulltype of resonator)，其中兩個(gè)彈簧(連接器)連接在諧振體的兩個(gè)側(cè)面以便在振動(dòng)期間一個(gè)伸展 而另一個(gè)收縮。這種裝置使彈簧軟化效應(yīng)顯著減小而且彈簧常量變得更加線性化。優(yōu)選地，提供傳感器裝置用于檢測(cè)諧振體的振蕩。例如，這可以是壓電電阻傳感器 裝置或電容傳感器裝置。該驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選在諧振體每一側(cè)上包括電極裝置。每一個(gè)電極裝置可以包括位于 連接器中的相應(yīng)一個(gè)連接器的相對(duì)側(cè)上的第一電極和第二電極。這為諧振體提供了對(duì)稱(chēng)驅(qū)
動(dòng)裝置。在一個(gè)驅(qū)動(dòng)方案中，可以采用具有相同dc分量和相反相位的ac分量的電壓驅(qū)動(dòng) 電極裝置，并且諧振體和連接器接地。在另一裝置中，僅采用具有與dc電壓相對(duì)應(yīng)的dc分 量的ac電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)電極，并且諧振體和連接器接地。諧振體可以包括多個(gè)諧振體元件，相鄰的諧振體元件通過(guò)相應(yīng)的中間連接器連接 在一起。換句話說(shuō)，許多諧振體可以串聯(lián)連接。例如，諧振體可以包括通過(guò)中間連接器連接 在一起的兩個(gè)諧振體元件，并且其中兩個(gè)諧振體元件反相振動(dòng)。


現(xiàn)在將參考所附圖片說(shuō)明本發(fā)明的示例，其中圖1示出了已知的所謂的“狗骨”諧振器；圖2示出了圖1的諧振器在壓縮和伸展期間如何變形；圖3示出了本發(fā)明的諧振器的第一個(gè)示例；圖4用于圖1和圖3的諧振器的特性的數(shù)學(xué)分析；
圖5示出了對(duì)已知的狗骨式諧振器基于圖4的數(shù)學(xué)分析的圖示結(jié)果；圖6示出了對(duì)本發(fā)明的諧振器基于圖4的數(shù)學(xué)分析的圖示結(jié)果；
圖7示出了在本發(fā)明的諧振器中非線性極限如何延伸的圖示；圖8示出了本發(fā)明的諧振器的電極連接的示例；圖9示出了本發(fā)明的諧振器如何采用電容檢測(cè)方法；圖10示出了本發(fā)明的諧振器如何采用壓電電阻檢測(cè)方法的第一實(shí)施方式；圖11示出了本發(fā)明的諧振器如何采用壓電電阻檢測(cè)方法的第二實(shí)施方式；圖12示出了本發(fā)明的多個(gè)諧振器的連接；以及圖13示出了替代的檢測(cè)電極和連接器裝置。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的MEMS諧振器具有兩個(gè)附加在諧振體的相對(duì)側(cè)的彈簧，使得在振動(dòng)期間 一個(gè)彈簧收縮而另一個(gè)伸展。由于這個(gè)裝置，伸展期間一個(gè)梁的軟化由壓縮期間另一個(gè)梁 的硬化補(bǔ)償。因此，彈簧常量中的二階項(xiàng)抵消，導(dǎo)致更加有效的線性化彈簧常量。優(yōu)點(diǎn)包括 由于非線性化彈簧常量的較少的信號(hào)失真、在分支發(fā)生之前更高的臨界力和存儲(chǔ)的能量。圖2a示出了圖1的傳統(tǒng)狗骨式諧振器的一個(gè)臂。在操作期間，對(duì)電極(未示出) 施加DC和AC電壓以使諧振體進(jìn)入共振。由于靜電力的吸引性質(zhì)，彈簧一直不斷在伸展模 式下工作。在這種模式下，彈簧的橫截面變得更小，與應(yīng)變成正比。應(yīng)變?cè)礁?，橫截面越小， 因此彈簧越軟。這被稱(chēng)為彈簧的軟化效應(yīng)。如果彈簧可以以某種方式在壓縮模式(圖2b)中工作，將發(fā)生相反的現(xiàn)象彈簧的 橫截面變寬，導(dǎo)致硬化效應(yīng)。在圖3中示出了本發(fā)明的諧振器的一個(gè)示例。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，兩個(gè)相同的梁30，32 附加在諧振體34的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面。梁的外端固定，使得諧振體朝一個(gè)固定點(diǎn)的任何運(yùn)動(dòng)引 起遠(yuǎn)離另一個(gè)固定點(diǎn)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)方向沿著該梁的方向。在振動(dòng)期間，例如當(dāng)諧振體 向右移動(dòng)時(shí)，在左側(cè)的梁伸展并且變更軟，而在右側(cè)的梁收縮并且因此變得更硬。當(dāng)諧振體 向右移動(dòng)時(shí)，虛線是諧振器的夸張的輪廓。因此，左梁的軟化由右梁的硬化補(bǔ)償，導(dǎo)致更加有效的線性化彈簧常量?；貜?fù)力是 一個(gè)梁的推力與另一個(gè)梁的拉力的總和。為了闡明這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)，下面給出有效的彈簧
常量的計(jì)算。圖4a示出了本發(fā)明的諧振器的布局，可以被描述為推拉式諧振器，并且圖4b示出 了作為比較的傳統(tǒng)的狗骨式諧振器布局。為了比較，在圖4b中的彈簧的橫截面是圖4a中 的橫截面的兩倍。首先，考慮推拉的概念。假設(shè)諧振體沿著+X方向(圖4a)向上移動(dòng)，兩個(gè)相同的 彈簧40，42 (彈簧a和彈簧b)的彈簧常量為ka(x) = k0(l+kix+k2x2)(伸展模式)(1)kb(-x) == k0(l-kix+k2x2) (2)等式(2)是壓縮模式，并且在這種情況下與伸展模式相比較χ被認(rèn)為是負(fù)的。如果假設(shè)諧振體是剛性結(jié)構(gòu)并在操作期間不(顯著)變形，沿著縱向受壓迫的梁 的非線性彈簧常量是
其中非線性楊氏模量為Y = Yod+Yj+lS2)，其中 S 是工程應(yīng)變。(4) 在等式(3)中，考慮計(jì)算幾何形狀和材料兩者的非線性效應(yīng)。因?yàn)榭梢栽谶@個(gè)系 統(tǒng)中增加兩個(gè)彈簧的剛度，該系統(tǒng)的有效彈簧常量如下keff(x) = ka(x)+kb(-x)(5)將(1)、(2)代入(5)得到kpush_pull(x) = 2k0(l+Ox+k2x2)(6)注意Ic1在上述公式中被抵消?；貜?fù)力為Fpush_pull (χ) = _keff (x)x = _2k0(x+Ox2+k2x3) (7)為了與傳統(tǒng)狗骨結(jié)構(gòu)相比較，狗骨結(jié)構(gòu)被視為具有相同的有效質(zhì)量、相同的梁長(zhǎng) 度L但是兩倍的橫截面區(qū)域2A。橫截面區(qū)域?yàn)閮杀?，以保持線性彈簧常量與推拉系統(tǒng)中一 致。狗骨式諧振器的回復(fù)力為Fdogbone(x) = -keff(x)x = -2k0(x+kix2+k2x3) (8)在狗骨式諧振器的情況下，在力中的二次方項(xiàng)X2主要與伸展模式中的軟化和壓縮 模式中的硬化相關(guān)(如果該器件可以設(shè)置在這個(gè)模式下工作)。在圖5中，給出對(duì)狗骨式諧振器的總回復(fù)力的多項(xiàng)式項(xiàng)的貢獻(xiàn)，以闡明該二次方 項(xiàng)的效果。位移X被夸大以示出該曲線的趨勢(shì)。在推拉式諧振器的情況下，由于推拉結(jié)構(gòu)， 二次方項(xiàng)(及所有如果存在的更高次項(xiàng))被抵消，參見(jiàn)等式(7)。換句話說(shuō)，伸展彈簧的彈簧軟化由收縮彈簧的彈簧硬化補(bǔ)償。圖6示出了與傳統(tǒng)的狗骨情況相比較，推拉式彈簧系統(tǒng)的二次方項(xiàng)抵消的效果。 與狗骨式諧振器相比較，在推拉式系統(tǒng)中抑制了伸展模式中的大量軟化和壓縮模式中的大 量硬化，僅對(duì)位移的兩個(gè)方向造成小的對(duì)稱(chēng)的軟化效應(yīng)。二次方項(xiàng)的抵消顯著提高了彈簧 常量的線性。在圖5和圖 6 中，Y。= 170GPa -J1 = ~2. 6 ；Y0 = _8· 1 ;Α = 1· 4 μ m*6 μ m ;L = 20 μ m。 在這些示例中，假設(shè)梁沿著硅晶體的[110]方向。更加線性的彈簧常量的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，在大的應(yīng)變下，信號(hào)失真較少，具有較 小的高階諧波。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是非線性極限，在非線性極限處產(chǎn)生分支并將延伸。如果有 更多能量，則有更多力施加在諧振器上，諧振器的振動(dòng)將變得更大，并且在某個(gè)臨界值，在 信號(hào)-頻率曲線中產(chǎn)生分支。除了這一點(diǎn)，該曲線會(huì)滯后，應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用中避免滯后。在 Agarwal，Park等人的文獻(xiàn)"Non-Linear cancellation in MEMS resonators forimproved power hmdling”，IEDM 2005中解釋了在分支點(diǎn)的臨界力。
(9)在上述公式中，m是有效質(zhì)量，Coci是諧振頻率，并且λ是阻尼系數(shù)。如果值α定 義為推拉式諧振器的臨界力對(duì)狗骨式諧振器的比率 很明顯，α不取決于幾何形狀(L已抵消)，而是僅取決于材料特性(非線性楊氏 模量項(xiàng))。如在上述示例中采用Y1 = -2. 6以及Y2 = -8. 1，這給出α = 1. 4。這意味著在 產(chǎn)生分支之前可以施加至推拉式梁的最大力高于狗骨式諧振器為其1. 4倍。因?yàn)樵诜种r(shí)的最大振幅是
在推拉式情況下的最大振幅也高于狗骨結(jié)構(gòu)的振幅為其α倍(即 1. 4 倍)。并且，存儲(chǔ)在諧振器的能量在臨界點(diǎn)時(shí)高于狗骨式諧振器存儲(chǔ)的能量為其α的 平方倍，即1. 96倍，
(11)通常通過(guò)在Vac和Viic之間的雙曲線關(guān)系表示非線性極限
(12)圖7示出了對(duì)于推拉式設(shè)計(jì)和狗骨式設(shè)計(jì)，在由等式(12)給出的分支極限時(shí)ac 電壓與dc電壓關(guān)系的曲線。當(dāng)Va。和Vdc在曲線下方時(shí)，諧振器顯示無(wú)滯后，而當(dāng)Vac和VDc 在曲線處或曲線上方時(shí)，將分別產(chǎn)生分支或滯后。將推拉式概念與狗骨式相比較，如圖所 示，推拉式的曲線比狗骨式曲線向上移動(dòng)1.4倍。當(dāng)在壓縮模式中操作時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)力超過(guò)某個(gè)極限可能發(fā)生屈曲(buckling)。利 用推拉式諧振器的優(yōu)點(diǎn)，將不會(huì)發(fā)生屈曲。因此，屈曲極限應(yīng)當(dāng)大于在分支時(shí)的臨界力。可 以通過(guò)比較在這兩種情況下的應(yīng)變代替比較這些力來(lái)分析。在分支之前應(yīng)變極限是
(13)在簡(jiǎn)支梁(梁的一端可以自由旋轉(zhuǎn))的情況下的屈曲極限 并且屈曲應(yīng)變極限是
(14)在梁的兩端都不能自由旋轉(zhuǎn)的情況下
(15) 在推拉式情況下，實(shí)際屈曲極限是在等式(14)和(15)表示的值之間的某處，因?yàn)榱翰糠值厥艿街C振體和另一個(gè)梁的限制。也考慮了等式(13)的最壞的情況。以一個(gè)示例說(shuō)明，對(duì)具有L = 20 μ m, Q = 60000的推拉式諧振器，分支極限是ε c =1. 51E-3，而最小屈曲極限(由等式13給出)為ε b = 4. 03E-3。這意味著在這個(gè)特定 的設(shè)計(jì)中，在達(dá)到分支極限之前不會(huì)發(fā)生屈曲。ε。僅取決于Q值和材料特性，并且因此不 能輕易改變，但是ε b強(qiáng)烈取決于幾何形狀(梁高和梁長(zhǎng))。結(jié)果，通過(guò)稍微改變幾何形狀 很容易將屈曲極限調(diào)整至大于分支極限。理想地，推拉式諧振器應(yīng)該在復(fù)位位置附近對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)，這意味著應(yīng)該從兩側(cè)拉動(dòng) 諧振體。在圖8中示出的電極裝置用于這個(gè)目的。如圖所示，諧振體的每一側(cè)關(guān)聯(lián)一對(duì)電極80，82，對(duì)電極施加相同的dc偏移電壓 (offset voltage)，但ac分量相反符號(hào)。諧振體和梁也如圖所示接地。在VA。周期的第一個(gè)二分之一周期期間，諧振體被拉高，并且在第二個(gè)二分之一周 期期間被拉低。因此，從諧振體的兩側(cè)同樣施加的DC力抵消了。作用在諧振體上的總電場(chǎng) 力是由上部電極產(chǎn)生的力和下部電極產(chǎn)生的力之間的差。 其中C。= ε Ael/g采用Taylor展開(kāi)，等式(16)近似為 最后(17)變?yōu)?在(18)的計(jì)算中，所有含有VAC2、x2或者、*χ的項(xiàng)都近似于零，因。和χ都非常小。與當(dāng)電極設(shè)置在諧振體的一側(cè)的情況下相比，等式(18)說(shuō)明了在這種情況下的 電場(chǎng)力剛好加倍。在這種情況下沒(méi)有相消效應(yīng)。通過(guò)電容和壓電電阻方法都可以檢測(cè)推拉式諧振器。在下文中，將會(huì)給出檢測(cè)方 法的一些示例。在圖9中，通過(guò)測(cè)量電容來(lái)檢測(cè)諧振器。在左側(cè)的電極90用于驅(qū)動(dòng)而在右側(cè)的電 極92用于檢測(cè)。梁再次接地。電容方法的缺點(diǎn)是相反相位的ac信號(hào)不能施加至諧振體的一側(cè)(在本示例中的 右電極)。因此，驅(qū)動(dòng)力減少一半。圖10示出了具有壓電電阻檢測(cè)的推拉式諧振器的布局。這使得所有電極可以自 由驅(qū)動(dòng)，并且驅(qū)動(dòng)力加倍。在圖10中，諧振器的一側(cè)(包括一個(gè)梁100和諧振體的一半102) 是η摻雜，而另一側(cè)(包括另一個(gè)梁104和諧振體的另一半106)是ρ摻雜。眾所周知，ρ摻 雜硅具有正的壓電電阻效應(yīng)，而η摻雜硅具有負(fù)的壓電電阻效應(yīng)。因此，梁的優(yōu)選材料硅可以用于提供檢測(cè)裝置的一部分。此外，壓電電阻計(jì)量系數(shù)(gaugefactor)取決于摻雜水平、 相對(duì)于晶體取向的應(yīng)變方向以及溫度。在振動(dòng)期間，一個(gè)梁伸展而另一個(gè)梁收縮。由于壓電電阻效應(yīng)的相反信號(hào)，在梁中 的電阻變化是同相的，并且可以檢測(cè)兩個(gè)串聯(lián)連接的電阻的總變化。在圖10中示出了梁的 等效電路。電流源108施加在梁上用以檢測(cè)電阻變化。
兩個(gè)摻雜區(qū)域在諧振體的中間接觸，形成二極管。由于二極管的非線性V-I曲線， 二極管效應(yīng)是不理想的。然而，如果二極管在合適的點(diǎn)正向偏置，該非線性行為可以最小 化。通過(guò)將諧振器的一側(cè)輕摻雜(η型或ρ型)而另一側(cè)重?fù)诫s可以獲得相同的壓電 電阻效應(yīng)。這在圖11中示出，其中左側(cè)彈簧是P摻雜而右側(cè)彈簧是P++摻雜。除此以外， 該裝置與圖10中的相同。在共振時(shí)電阻的總變化幾乎完全歸因于輕摻雜的部分，因?yàn)橹負(fù)?雜區(qū)域的電阻低得多。電阻的(絕對(duì)值)變化可以忽略不計(jì)。這樣，可以從圖11中的等效 電路看出，可以避免二極管效應(yīng)。為了最小化向襯底的振動(dòng)能量耗散，總是優(yōu)選一種對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，如圖1中的已知的 狗骨結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)臂的運(yùn)動(dòng)通過(guò)另一個(gè)臂在相反方向的運(yùn)動(dòng)平衡。對(duì)于本發(fā)明的推拉式器件，如圖12所示可以采用類(lèi)似的技術(shù)，其中兩個(gè)推拉式諧 振器120，122反相振動(dòng)。通常，η個(gè)諧振器可以以這種方式連接，其中η是偶數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是可以存儲(chǔ)更多的 能量，因此可以獲得更多的信號(hào)。圖13示出了每一個(gè)連接器可以包括多個(gè)平行臂。在圖13的示例中，每一個(gè)連接 器具有兩個(gè)平行臂，130a，130b和132a，132b。然后如圖所示，在諧振體的每一側(cè)上的電極 134，136被夾在臂之間。由于回復(fù)力中的偶次項(xiàng)抵消，已示出的推拉式諧振器具有更加線性的機(jī)械剛度。 這是因?yàn)樯煺挂粋€(gè)臂時(shí)的軟化效應(yīng)由壓縮另一個(gè)臂時(shí)的硬化效應(yīng)補(bǔ)償。更加線性的彈簧常 量的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在大的應(yīng)變下信號(hào)失真較少(較小的高階諧波)。所提出的諧振器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是非線性極限，分支在非線性極限處產(chǎn)生并將延 伸。臨界力增加了 1.4倍，并且在分支之前存儲(chǔ)在器件中的最大能量增加了 1.96倍(例如 對(duì)于硅[110])，與諧振器的幾何形狀無(wú)關(guān)。典型地，如果選擇合適的幾何形狀，分支極限比屈曲極限更小。MEMS諧振器是振蕩器的重要組成部分，振蕩器用于守時(shí)和基準(zhǔn)頻率的應(yīng)用，例如 移動(dòng)電話中的RF模塊、含有藍(lán)牙模塊的設(shè)備以及其他數(shù)字和電信設(shè)備。本發(fā)明對(duì)所有這些 應(yīng)用提供了改進(jìn)的特性。沒(méi)有描述諧振器的制造，因?yàn)檫@對(duì)本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員是常規(guī)的，并且可以采 用制造現(xiàn)有的MEMS諧振器的已知的技術(shù)。也可以完全采用傳統(tǒng)的材料，并且由于組成諧振 器的層的圖案的變化，本發(fā)明可以簡(jiǎn)單實(shí)施。對(duì)本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員而言各種更改是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
一種諧振器，包括諧振體(34)；第一連接器(30)，位于諧振體的第一側(cè)上，連接在諧振體(34)和第一固定架之間；第二連接器(32)，位于諧振體的相對(duì)的第二側(cè)上，連接在諧振體(34)和第二固定架之間；以及驅(qū)動(dòng)裝置，用于將諧振體驅(qū)動(dòng)至諧振模式，其中諧振體沿側(cè)向方向振蕩，從而壓縮第一和第二連接器(30，32)之一，同時(shí)伸展第一和第二連接器(30，32)中的另一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，還包括用于檢測(cè)諧振體振蕩的傳感器裝置(80，82)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振器，其中所述傳感器裝置(80，82；90,92)包括壓電電阻傳感器裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振器，其中所述傳感器裝置(90，92)包括電容傳感器裝置。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的諧振器，其中所述驅(qū)動(dòng)裝置包括位于諧振體每一側(cè) 上的電極裝置(80，82 ；90，92)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧振器，其中每一個(gè)電極裝置包括位于連接器(30，32)中的 相應(yīng)一個(gè)連接器的相對(duì)側(cè)上的第一電極和第二電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧振器，其中第一連接器包括第一和第二平行臂(130a， 130b)，并且相應(yīng)的電極裝置包括位于第一連接器裝置的臂之間的電極(134)，其中第二連 接器包括第一和第二平行臂(132a，132b)，并且相應(yīng)的電極裝置包括位于第二連接器裝置 的臂之間的電極(136)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的諧振器，其中采用具有相同dc分量和相反相位的ac 分量的電壓驅(qū)動(dòng)電極裝置，并且諧振體和連接器接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的諧振器，其中采用dc電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)電極裝置，采用具 有與該dc電壓相對(duì)應(yīng)的dc分量的ac電壓驅(qū)動(dòng)另一個(gè)電極裝置，并且諧振體和連接器接 地。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振器，其中每一個(gè)連接器包括多個(gè)平行的臂。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振器，其中所述諧振體包括多個(gè)諧振體元件 (120，122)，相鄰的諧振體元件通過(guò)相應(yīng)的中間連接器連接在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的諧振器，其中所述諧振體包括兩個(gè)通過(guò)中間連接器連接在 一起的諧振體元件(120，122)，并且兩個(gè)諧振體元件反相振動(dòng)。
全文摘要
一種諧振器，包括諧振體(34)、位于諧振體的第一側(cè)上的第一連接器(30)和位于諧振體的相反的第二側(cè)上的第二連接器(32)，第一連接器(30)連接在諧振體和第一固定架之間，第二連接器(32)連接在諧振體和第二固定架之間。驅(qū)動(dòng)裝置，將諧振體(34)驅(qū)動(dòng)至諧振模式，其中諧振體(34)沿側(cè)向方向振蕩，從而壓縮第一和第二連接器之一，同時(shí)伸展第一和第二連接器中的另一個(gè)。
文檔編號(hào)H03H9/24GK101861700SQ200880116544
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者約瑟夫·T·M·范貝克, 金·范樂(lè) 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司