微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法技术

本发明专利技术提供一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法，包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；微蒸发台的一面为蒸发面；锚点位于微蒸发台的两侧，且与微蒸发台相隔一定的间距；支撑梁位于微蒸发台与锚点之间，一端与微蒸发台相连接，另一端与锚点相连接；支撑梁的尺寸满足如下关系式；金属电极位于锚点的第一表面。微蒸发台通过支撑梁与表面形成有金属电极的锚点相连接，通过调整设定支撑梁的尺寸，使得支撑梁的热容量小、散热少的特性，又微蒸发台及支撑梁的尺寸较小，只需在金属电极表面施加很小的功率即可以使得微蒸发台达到所需的蒸发温度，同时由于支撑梁的绝热作用，锚点处的温度升温较小，不会对器件的稳定性造成影响。

Micro evaporator and oscillator integrated micro evaporator structure and frequency correction method thereof

The present invention provides a micro evaporator, oscillator integrated micro evaporator structure and frequency correction method, including: Micro evaporation Taiwan, anchor, supporting beam and metal electrode; micro evaporation Taiwan side Fluiddynamics; anchor on both sides of Taiwan in micro evaporation, and micro evaporation Taiwan a certain distance; the support beam is positioned between the micro evaporation station and the anchor end and micro evaporation are connected, the other end is connected with the anchor; support beam sizes to meet the following relation; the first surface of the metal electrode on the anchor. Micro evaporation station through the supporting beam and the metal electrode is formed on the surface of the anchor is connected with the support beam size by adjusting the set, so that the support beam heat capacity is small, less heat dissipation characteristics, small size and micro evaporation platform and the supporting beam, only by little power on the surface of metal electrode that can make the evaporation the temperature needed for the micro evaporation Taiwan reached, at the same time because of the support effect of adiabatic beam, anchor at temperature is small, influence the stability of the device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感
，特别涉及一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法。
技术介绍
振荡器是数字电子系统中提供时钟频率的基本元件,几乎在所有电子系统中均需使用。在现代通讯系统中，由于频率资源有限而用户众多，对振荡器频率的准确性提出了极高要求。GSM手机要求振荡器的频率准确性在±2.5ppm以内，而移动基站要求振荡器的稳定性在±0.05ppm以内。长期以来，石英晶体谐振器一直是电子系统中提供时钟频率信号的主要元件，其性能稳定，温度特性好。但是，石英振荡器难以集成，受机械加工手段限制难以制作高频振荡器，并且抗震性能较差，难以满足未来移动智能设备的需求。硅基振荡器是采用微机电技术(MEMS)技术制作的新一代振荡器，其谐振特性优异，便于与集成电路集成，可实现GHz量级的振荡频率输出，并且可耐受高冲击环境。振荡器必须解决的一个主要问题是，MEMS加工的离散性要显著大于传统机械加工技术，造成MEMS振荡器频率的离散性大。传统毫米量级的石英晶体振荡器，其加工精度可达微米量级，并且石英振荡器可在大气下工作，在加工完成后通过测试和蒸发修正等工艺校准频率，可实现极高的频率准确性。而振荡器采用圆片级加工工艺制作。所谓圆片级制造工艺是指一个硅圆片上有几百、几千甚至几万个芯片单元，每个芯片单元都是独立的元器件，圆片上所有芯片单元是同时加工的。任何制造工艺在一个圆片上均存在工艺离散性，氧化、扩散等工艺的离散性较小，溅射等工艺的离散性接近5％，而刻蚀的离散性更大。MEMS振荡器的特征尺寸在微米量级，工艺离散性一般在亚微米量级，造成制造完成的振荡器的频率离散性显著大于传统工艺制造的石英晶体振荡器。通过对谐振单元作可制造性设计，可以将振荡器的频率离散性降低到102ppm量级，但与石英振荡器ppm量级的频率离散性相比仍有极大的差距。振荡器的目标共振频率为f0±δf，其中f0为满足应用需求的固定频率值，δf为应用允许的频率偏差量。一般应用中允许的δf/f0在10-5～10-6量级；而实际制作得到的硅MEMS振荡器共振频率存在较大离散性，振荡器共振频率fi与f0的偏差一般远大于δf。传统石英振荡器是利用蒸发或溅射工艺在石英谐振单元表面制作一薄层金属层，从而改变谐振单元的质量来实现频率调节的。由于振荡器一般需要在真空中工作，制造完成的振荡器一般已通过圆片级封装工艺实现了真空封装，传统方法难以对封装在真空腔内的谐振单元作结构的微调，因此无法采用传统技术实现振荡器的频率校准。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法，用于解决现有技术中存在的振荡器的频率离散性较高的问题，以及由于振荡器通过圆片级封装工艺实现了真空封装，难以对封装在真空腔内的谐振单元作结构的微调，无法实现振荡器的频率校准的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种微蒸发器，所述微蒸发器包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；其中，所述微蒸发台的一面为蒸发面；所述锚点位于所述微蒸发台的两侧，且与所述微蒸发台相隔一定的间距；所述支撑梁位于所述微蒸发台与所述锚点之间，一端与所述微蒸发台相连接，另一端与所述锚点相连接；所述支撑梁的尺寸满足如下关系式：其中，b、h、L分别为所述支撑梁的宽度、厚度及长度，T为工作时所述微蒸发台所需的蒸发温度，P为工作时所述金属电极上需要施加的功率，k为所述支撑梁的导热率，Ta为所述锚点处的温度；所述金属电极位于所述锚点的第一表面。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发台的材料在低于其熔点时的饱和蒸汽压大于10-6乇。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发台、所述锚点及所述支撑梁的材料均为均质的硅或锗。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发器还包括蒸发料，所述蒸发料位于所述微蒸发台的蒸发面。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述蒸发料在饱和蒸汽压大于10-6乇的温度低于所述微蒸发台的熔点。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述蒸发料为铝、锗、金或半导体材料。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发器还包括阻挡层，所述阻挡层位于所述蒸发料与所述微蒸发台的蒸发面之间。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述阻挡层的材料为低应力氮化硅、氧化硅或TiW/W复合金属。作为本专利技术的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发器还包括绝缘层及衬底，所述绝缘层位于所述锚点的第二表面，且所述锚点通过所述绝缘层固连于所述衬底的表面。本专利技术还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构包括上述任一方案中所述的微蒸发器及振荡器；所述微蒸发器与所述振荡器共同密封于同一真空腔内，所述微蒸发器与所述振荡器上下对应设置，且所述微蒸发器中微蒸发台的蒸发面朝向所述振荡器。作为本专利技术的振荡器集成微蒸发器结构的一种优选方案，所述微蒸发器的蒸发面与所述振荡器的表面相隔一定的间距。作为本专利技术的振荡器集成微蒸发器结构的一种优选方案，所述微蒸发器的蒸发面与所述振荡器的表面相隔的间距为2μm～50μm。作为本专利技术的振荡器集成微蒸发器结构的一种优选方案，所述微蒸发器与所述振荡器通过表面微机械加工工艺、圆片级键合工艺、芯片与圆片键合工艺或芯片级键合工艺集成密封于同一真空腔内。本专利技术还提供一种振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法，所述振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法包括以下步骤：1)量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对；2)依据量测的所述共振频率与目标共振频率的比对结果得到所述微蒸发器所需的蒸发质量；3)在所述微蒸发器两端的所述第一金属电极上施加电压或电流，使所述微蒸发器蒸发所需的蒸发质量；4)去除施加在所述第一金属电极上施加的电压或电流，再次量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对。作为本专利技术的振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法的一种优选方案，步骤4)之后，还包括重复步骤2)至步骤4)，直至量测的所述共振频率与目标共振频率相同的步骤。本专利技术的一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法具有以下有益效果：所述微蒸发台通过支撑梁与表面形成有金属电极的锚点相连接，通过调整设定所述支撑梁的尺寸，使得所述支撑梁的热容量小、散热少的特性，又所述微蒸发台及所述支撑梁的尺寸较小，只需在所述金属电极表面施加很小的功率即可以使得所述微蒸发台达到所需的蒸发温度，同时由于所述支撑梁的绝热作用，所述锚点处的温度升温较小，不会对器件的稳定性造成影响；通过将振荡器与微蒸发器集成于同一真空腔内，实现了对振荡器频率的调节与修正，可以提高振荡器的频率的准确性，达到了应用要求。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的微蒸发器的立体结构示意图。图2至图3显示为本专利技术实施例二中提供的微蒸发器的立体结构示意图。图4显示为本专利技术实施例三中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。图5显示为本专利技术实施例四中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。图6显示为本专利技术实施例五中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。图7显示为本专利技术实施例六中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。图8显示为本专利技术实施例七中提供的振荡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微蒸发器，其特征在于，所述微蒸发器包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；其中，所述微蒸发台的一面为蒸发面；所述锚点位于所述微蒸发台的两侧，且与所述微蒸发台相隔一定的间距；所述支撑梁位于所述微蒸发台与所述锚点之间，一端与所述微蒸发台相连接，另一端与所述锚点相连接；所述支撑梁的尺寸满足如下关系式：T=PL2kbh+Ta]]>其中，b、h、L分别为所述支撑梁的宽度、厚度及长度，T为工作时所述微蒸发台所需的蒸发温度，P为工作时所述金属电极上需要施加的功率，k为所述支撑梁的导热率，Ta为所述锚点处的温度；所述金属电极位于所述锚点的第一表面。

【技术特征摘要】
1.一种微蒸发器，其特征在于，所述微蒸发器包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；其中，所述微蒸发台的一面为蒸发面；所述锚点位于所述微蒸发台的两侧，且与所述微蒸发台相隔一定的间距；所述支撑梁位于所述微蒸发台与所述锚点之间，一端与所述微蒸发台相连接，另一端与所述锚点相连接；所述支撑梁的尺寸满足如下关系式：T=PL2kbh+Ta]]>其中，b、h、L分别为所述支撑梁的宽度、厚度及长度，T为工作时所述微蒸发台所需的蒸发温度，P为工作时所述金属电极上需要施加的功率，k为所述支撑梁的导热率，Ta为所述锚点处的温度；所述金属电极位于所述锚点的第一表面。2.根据权利要求1所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发台的材料在低于其熔点时的饱和蒸汽压大于10-6乇。3.根据权利要求2所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发台、所述锚点及所述支撑梁的材料均为均质的硅或锗。4.根据权利要求1所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发器还包括蒸发料，所述蒸发料位于所述微蒸发台的蒸发面。5.根据权利要求4所述的微蒸发器，其特征在于：所述蒸发料在饱和蒸汽压大于10-6乇的温度低于所述微蒸发台的熔点。6.根据权利要求5所述的微蒸发器，其特征在于：所述蒸发料为铝、锗、金或半导体材料。7.根据权利要求5所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发器还包括阻挡层，所述阻挡层位于所述蒸发料与所述微蒸发台的蒸发面之间。8.根据权利要求7所述的微蒸发器，其特征在于：所述阻挡层的材料为低应力氮化硅、氧化硅或TiW/W复合金属。9.根据权利要求1至8中任一项所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发器还包括绝缘层及衬底，所述绝缘层位于所述锚点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨恒，游卫龙，张磊，王小飞，李昕欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31