一种MEMS压阻谐振器制造技术

本发明专利技术提供一种MEMS压阻谐振器，包括：衬底；输入电极，用于为振子提供交流电压信号以使振子振动；输入偏置电压电极，形成在衬底上并位于振动的波节处，用于为振子提供直流偏置电压信号，以使得响应交流电压信号所导致的振子的电阻变化而产生的感测电流流经振子；输出电极，位于振动的波节处，并与输入偏置电压电极相对设置，用于响应所述感测电流，输出频率信号；第一锚结构，用于将直流偏置电压信号传送到振子；第二锚结构，用于将感测电流传送到输出电极；振子，设置于输入电极之间，并通过第一和第二锚结构悬置于衬底上方，振子包括：流过所述感测电流的第一区域以及不流过所述感测电流的第二区域，以减小自发热产生的频率不稳定性。

A MEMS piezoresistive resonator

The invention provides a MEMS piezoresistive resonator includes: a substrate; an input electrode, used to provide AC voltage signal to the oscillator vibration oscillator; input bias voltage electrode formed on the substrate and wave nodes in vibration, used to provide the DC bias voltage signal to the oscillator, so that the resistance change response in the AC voltage signal oscillator generates sensing current flowing through the oscillator; the output electrode, wave section located in vibration, and the relative setting and input bias voltage to the electrodes, in response to the sensing current, the output frequency signal; the first anchor structure, for the DC bias voltage signal transmitted to the vibration second; anchor structure, used for sensing current delivered to the output electrode; oscillator is arranged on the input electrode, and through the first and second anchor structure suspended above the substrate, including the oscillator: A first region flowing through the sensing current and a second region that does not flow through the sensing current so as to reduce the frequency instability caused by the self heating.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS压阻谐振器
本专利技术实施例涉及振荡器
，尤其涉及一种MEMS压阻谐振器。
技术介绍
在时钟和频率控制领域一般采用石英振荡器，其具有优越的温度稳定性和相位噪声特性，然而随着当前的时钟产品越来越趋向微型化，石英振荡器的缺点日益突出，石英振荡器为片外组元、体积难以缩小、与硅工艺不兼容、不易于集成以及非工业标准的封装等，使得各厂家在提供薄型化产品的同时将面临高成本及低成品率的问题。微机电系统（MicroElectroMechanicalSystem，MEMS）谐振器是近年来迅猛发展的一种谐振器，被广泛用于制作射频滤波器、振荡器、频率计和放大器。MEMS谐振器以其微型化和与互补金属氧化物半导体（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS）兼容的特点，正显示替代石英振荡器的强劲势头。然而，对于低成本，高质量，全集成的MEMS谐振器也有不少难题，包括硅30ppm/OC的温度系数，多晶疲劳所导致的老化，封装污染导致的频率漂移。其中频率漂移是最主要的问题，因为MEMS谐振器尺寸达到几十微米，对表面污染十分敏感。通过MEMS-firstTM和EpiSealTM的硅封装的专利技术和非硅谐振器的进步，允许硅谐振器封装于工业标准的低成本塑料封装，解决了维持真空封装的问题，实际上消除了空腔污染物和老化现象，减轻了温度补偿和漂移的复杂性。阻碍早期MEMS谐振器的成本问题和技术障碍均被顺利清除。通过真空塑料封装虽然能解决MEMS谐振器的关键问题，但成本和制作的复杂性要求MEMS谐振器能在非真空下也具有良好的性能。MEMS谐振器具有高Q值、低功耗、易集成的优点，但是也有需要克服的问题，包括动态电阻很高以及频率稳定性差。传统的电容式谐振器的机电转换是通过振子和电极之间的电容进行，动态电阻高达几千欧，不适用与外电路连接。现有技术中采用压阻谐振器来解决高电阻的问题。所谓压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。图1所示为现有技术中一种MEMS压阻谐振器的结构示意图，如图1所示，所述谐振器包括：衬底（未示出）；振子11；输入电极（未示出），形成在所述衬底上并位于所述振子11的两短边侧，用于为所述振子11提供交流电压信号；输入偏置电压电极，形成在所述衬底上，用于为所述振子11提供直流偏置电压信号；输出电极，形成在所述衬底上并与所述输入偏置电压电极相对设置，用于响应所述交流信号所导致的振子11的电阻变化而输出频率信号；第一锚结构12和第二锚结构13用于将所述振子11悬置于所述衬底上。当施加直流偏置电压信号并输入交流电压信号产生静电激励时，该压阻谐振器利用振子11的压阻效应在振子11中产生感测电流，其中所述感测电流的近似路径如图1中箭头所示，同时静电激励使振子11产生振动，振子11的伸缩振动导致振子11电阻的变化，通过检测从流经振子11的感测电流的变化可以输出频率信号。现有技术中的压阻谐振器的动态电阻仅为几十欧，相比于电容式谐振器有很大优势，但是由于感测电流流经振子，振子会自发热而影响频率的稳定性，相比于电容式谐振器的频率稳定性更差。
技术实现思路
本专利技术提供一种MEMS压阻谐振器，以在保持低动态电阻特性的同时减小自发热产生的频率不稳定性。本专利技术提供一种MEMS压阻谐振器，包括：衬底；至少一对输入电极，形成在所述衬底上，用于为振子提供交流电压信号，以使所述振子振动；输入偏置电压电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，用于为所述振子提供直流偏置电压信号，以使得响应所述交流电压信号所导致的振子的电阻变化而产生的感测电流流经所述振子；输出电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，并与所述输入偏置电压电极相对设置，用于响应所述感测电流，从而输出频率信号；第一锚结构，用于将所述振子支撑于输入偏置电压电极上并将直流偏置电压信号传送到振子；第二锚结构，用于将所述振子支撑于输出电极上并将所述感测电流传送到输出电极；振子，设置于所述输入电极之间，并且通过第一锚结构和第二锚结构悬置于所述衬底上方，其中所述振子包括：流过所述感测电流的第一区域以及不流过所述感测电流的第二区域。其中，所述第一区域、所述第一锚结构和所述第二锚结构的材质为掺杂单晶硅，其中，所述第一锚结构和第二锚结构的掺杂浓度相同，且高于所述第一区域的掺杂浓度，所述第二区域的材质为不掺杂的单晶硅。其中，所述掺杂单晶硅的掺杂类型为n型掺杂或p型掺杂。其中，当所述掺杂类型为n型掺杂时，所述第一区域沿掺杂单晶硅的<100>晶向；或当所述掺杂类型为p型掺杂时，所述第一区域沿掺杂单晶硅的<110>晶向。其中，所述振子还包括挖空区域，所述挖空区域位于所述第一区域和第二区域之间。其中，所述挖空区域的形状为长方形、多边形、圆形、椭圆形、跑道形状或扇形。其中，所述振子呈对称结构，其中所述挖空区域为一对对称的挖空区域，所述第二区域位于所述对称的挖空区域之间，所述第一区域与所述对称的挖空区域配对设置。其中，所述振子还包括不流过感测电流的第三区域，所述第三区域位于所述流过感测电流的第一区域和挖空区域之间。其中，所述振子的尺寸范围为10nm-3000μm，厚度为10nm-90μm。其中，当所述输入电极为多对时，所述输入电极在所述振子的侧面呈周向均匀分布。本专利技术提供一种MEMS压阻谐振器，根据输入电极提供的交流电压信号产生的静电力的激励而使振子产生振动，当静电力的频率接近于谐振器的特征频率时发生谐振，其中，振子中不流过所述感测电流的第二区域决定谐振器的特征频率，振子中流过所述感测电流的第一区域实现压阻读出，即振子振动导致所述第一区域的电阻变化，并通过输入偏置电压电极施加的直流偏置电压信号产生流经所述第一区域的感测电流，输出电极响应所述感测电流，从而输出频率信号，以在保持低动态电阻特性的同时减小振子自发热产生的频率不稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术，下面将对本专利技术中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中一种MEMS压阻谐振器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种MEMS压阻谐振器的结构示意图；图2a为本专利技术实施例提供的另一种MEMS压阻谐振器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种具体的振动模态；图4为本专利技术实施例提供的一种具体的挖空区域和对应的振动模态；图5为本专利技术实施例提供的另一种MEMS压阻谐振器的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的另一种具体的挖空区域和对应的振动模态；图7为本专利技术实施例提供的再一种MEMS压阻谐振器的结构示意图；图8为图7所示的MEMS压阻谐振器的振动模态。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例中的技术方案作进一步详细描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS压阻谐振器，其特征在于，包括：衬底；至少一对输入电极，形成在所述衬底上，用于为振子提供交流电压信号，以使所述振子振动；输入偏置电压电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，用于为所述振子提供直流偏置电压信号，以使得响应所述交流电压信号所导致的振子的电阻变化而产生的感测电流流经所述振子；输出电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，并与所述输入偏置电压电极相对设置，用于响应所述感测电流，从而输出频率信号；第一锚结构，用于将所述振子支撑于输入偏置电压电极上并将直流偏置电压信号传送到振子；第二锚结构，用于将所述振子支撑于输出电极上并将所述感测电流传送到输出电极；振子，设置于所述输入电极之间，并且通过第一锚结构和第二锚结构悬置于所述衬底上方，其中所述振子包括：流过所述感测电流的第一区域以及不流过所述感测电流的第二区域。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS压阻谐振器，其特征在于，包括：衬底；至少一对输入电极，形成在所述衬底上，用于为振子提供交流电压信号，以使所述振子振动；输入偏置电压电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，用于为所述振子提供直流偏置电压信号，以使得响应所述交流电压信号所导致的振子的电阻变化而产生的感测电流流经所述振子；输出电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，并与所述输入偏置电压电极相对设置，用于响应所述感测电流，从而输出频率信号；第一锚结构，用于将所述振子支撑于输入偏置电压电极上并将直流偏置电压信号传送到振子；第二锚结构，用于将所述振子支撑于输出电极上并将所述感测电流传送到输出电极；振子，设置于所述输入电极之间，并且通过第一锚结构和第二锚结构悬置于所述衬底上方，其中所述振子包括：流过所述感测电流的第一区域以及不流过所述感测电流的第二区域。2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述第一区域、所述第一锚结构和所述第二锚结构的材质为掺杂单晶硅，其中，所述第一锚结构和第二锚结构的掺杂浓度相同，且高于所述第一区域的掺杂浓度，所述第二区域的材质为不掺杂的单晶硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，欧文，明安杰，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：江苏,32