本发明专利技术涉及一种横向体声波谐振器、制备该横向体声波谐振器的方法以及应用该横向体声波谐振器的振荡器，属于微机电系统（MEMS）领域。本发明专利技术中所述的横向体声波谐振器通过固定端约束谐振体上下左右位移，通过将谐振体垂直设置，使谐振体与驱动电极组成的机-电耦合系统后，当该机-电耦合系统受到外力驱动时，谐振体仅在水平方向上收缩变形，从而使其振动模式单一稳定，故而通过应用此种结构的振荡器在工作时可以获得稳定的频率。而本发明专利技术中的谐振器的制备工艺则采用硅片正面刻蚀工艺结合淀积、键合工艺、湿法腐蚀等工艺形成悬浮谐振体，固定端，以及纳米级间距驱动电极，能够有效控制悬浮谐振体的高度，厚度，以及驱动电极间隙。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种横向体声波谐振器、制备该横向体声波谐振器的方法以及应用该横向体声波谐振器的振荡器，属于微机电系统(MEMS)领域。
技术介绍
振荡器是广泛运用于电子工业中的用来产生重复电子讯号(通常是正弦波或方波)的电子元件。按照其工作原理，振荡器可分为阻容振荡器，电容电感振荡器，石英晶体振荡器等，以及近年来出现的新型MEMS振荡器。在过去相当长一段时间内，依靠出色的温度频率稳定性，较高的品质因素，传统的石英振荡器应用于几乎所有的电子产品之中，包括消费类产品，工业控制，军事产品等等。但是在进入移动多媒体时代后，手持设备对于器件的功耗，体积，成本提出了更高的要求。相对于传统的石英晶体振荡器，MEMS振荡器由于其体积小，与CMOS集成度高，造价成本低，频率范围广并可调节等优势越来越受到消费类电子产品以及通讯产品的青睐。美国Discera公司和Sitime公司分别专利技术了 MEMS有源振荡器，并推出相关产品，运用于各类消费类电子产品之中。一个MEMS振荡器包括MEMS谐振器，激励电路以及频率补偿电路。按照其性能和应用领域的不同，可以大致分为普通振荡器，压控振荡器，温控振荡器以及恒温振荡器等。按照其内部电容型谐振器结构不同，MEMS振荡器可分为梳齿型，固支梁型，碟型，环型等振荡器。按照其工作原理的不同又可分为声表面波型以及体声波型。相比较而言，体声波型振荡器有着较声表面波振荡器更高的品质因素，更低的谐振阻抗，成为目前研究和实用化产品的主流方向。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种横向体声波谐振器、制备该横向体声波谐振器的方法以及应用该横向体声波谐振器的振荡器。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种横向体声波谐振器，包括具有正面和背面的衬底、垂直悬浮于衬底正面的谐振体、若干个耦合于所述谐振体的垂直侧面并固定在衬底上的驱动电极、以及用于连接衬底和谐振体的固定端，所述谐振体在水平方向上呈正多边形，所述驱动电极与谐振体之间形成静电力-电容转换的机电耦合系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种振荡器，包括谐振器、激励电路和信号处理电路，所述谐振器采用上述横向体声波谐振器。为解决上述技术问题，本专利技术米用如下技术方案一种横向体声波谐振器的制备方法，其制备方法包括如下步骤51:采用淀积工艺在单晶硅片正面形成介质层；52:采用键合工艺在单晶硅片正面键合第二片单晶硅片；S3:采用干法刻蚀工艺从第二片单晶硅片正面刻蚀若干个用于设置驱动电极的单晶硅槽，同时形成具有正多边形的谐振体和连接谐振体的固定端，所述单晶硅槽和固定端围绕在所述谐振体周围；S4:采用淀积工艺与刻蚀工艺在单晶硅槽的侧壁形成厚度为驱动电极与谐振体间距的牺牲层；55:采用淀积工艺在上述步骤S4中形成的半成品的上表面形成多晶硅层，使其厚度为能填充步骤S4之后的单晶硅槽；56:采用刻蚀工艺刻蚀去除谐振体上方的多晶硅层，采用腐蚀工艺去除谐振体下方的介质层、牺牲层。本专利技术中所述的谐振器通过固定端约束谐振体上下左右位移，通过将谐振体垂直设置，使谐振体与驱动电极组成的机-电耦合系统后，当该机-电耦合系统受到外力驱动时，谐振体仅在水平方向上收缩变形，从而使其振动模式单一稳定，故而通过应用此种结构的振荡器在工作时可以获得稳定的频率。而本专利技术中的谐振器的制备工艺则采用硅片正面刻蚀工艺结合淀积、键合工艺、湿法腐蚀等工艺形成悬浮谐振体，固定端，以及纳米级间距驱动电极，能够有效控制悬浮谐振体的高度，厚度，以及驱动电极间隙。附图说明图1为本专利技术的一种具体实施方式中横向体声波谐振器的俯视图。图2为本专利技术中另一种具体实施方式中横向体声波谐振器的俯视图。 图3为图1中的部分透视图。图4为图2中的部分透视图。图5 11为本专利技术中的横向体声波谐振器的制造流程图。具体实施例方式实施例(一)请参图1所示，本专利技术揭示了一种电容型横向扩展体声波硅振荡器，所示振荡器包括横向体声波谐振器、激励电路以及信号处理电路。所述激励电路和信号处理电路为本领域的公知技术，故在此不进行详细说明以及图示。在本附图中，所述横向体声波谐振器包括谐振体2、环绕在谐振体2周围的若干个驱动电极4和固定端3，所述谐振体2与驱动电极4之间形成静电-电容转换的机电耦合系统，在本专利技术实施例中，所述耦合面31与外侧面21采用纳米级间距距离，该间距5在10(Γ300纳米，驱动电极4与谐振体2产生的斥力驱动谐振体2运动，驱动电极3与谐振体2的机电耦合与激励电路组成等效的负阻振荡电路，通过驱动电极3趋势谐振体2受迫振荡，达到谐振条件的谐振体2与驱动电极3之间的电容信号可以输出为稳定的频率信号，再经信号处理电路得到期望值范围内的频率信号。请参图11所示，所述横向体声波谐振器包括具有正面11和背面12的衬底1、于衬底I正面11内凹形成的空腔17、垂直悬浮于衬底I正面11并位于空腔17上方的谐振体2、若干个耦合于所述谐振体2并固定在衬底I上的驱动电极3、以及用于连接衬底I和谐振体2的固定端4，该谐振体2和驱动电极3形成静电力-电容转换的机电耦合系统，形成一个平板电容的两个极板，当交变的电压施加在驱动电极4上，谐振体2的侧边会同时受到交变的指向谐振体I内切圆心的外力，此外力垂直于极板，从而迫使谐振体2尽在水平方向上形变。所述衬底I包括基底13、覆盖在基底13上的第一氧化层14、覆盖在第一氧化层14上的隔离层15和覆盖于隔离层15上的第二氧化层16，所述空腔17通过采用刻蚀工艺在衬底I上形成空腔17，其空腔17贯通第一氧化层14、隔离层15和第二氧化层16并内凹于基底13，采用此空腔17的目的是为了便于制作该横向体声波谐振器，当然也可以不采用设置空腔17。再结合附图3所述，所述谐振体2在水平方向上呈正六边形，具有上表面22，与上表面22相对设置的下表面23以及垂直于衬底I的六个外侧面21，所述谐振体2通过外侧面21与驱动电极3耦合，使谐振体2和驱动电极3形成静电力-电容转换的机电耦合系统。在本专利技术中，所述谐振体2亦可采用其他正多边形形式。所述各驱动电极3之间采用间隔相同的夹角和距离，对称的围绕在谐振体2周围，所述固定端4与驱动电极3采用相同数量，并与驱动电极3间隔设置，固定端4连接在所述呈正六边形的谐振体2的顶角部分，通过该六个固定端4限制垂直方向的振动和水平方向的平移，扭转，除此以外，所述固定端4亦可采用其他数量，但经反复试验发现，采用大于两个固定端4的谐振体横向扩展模式的谐响应比两端固定谐振体的振动模式更加稳定。所述固定端4与谐振体2均为单晶硅材料，在制作过程中，如图5 11所示，所述固定端4与谐振体2为一体式结构，在衬底I上采用键合工艺在衬底I的正面11键合一片单晶硅片101，该单晶硅片101采用硅片减薄工艺将该单晶硅片101的厚度减薄为可悬浮设置的谐振体厚度，为了达到稳定的单一振动模式(即谐振体2只进行横向收缩扩展运动)，所述谐振体2的厚度采用不大于正六边形侧边的中点到正多边形中心的距离。然后采用干法刻蚀工艺从单晶硅片101正面刻蚀若干个用于设置驱动电极3的单晶硅槽102，同时形成具有正六边形的谐振体2和连接谐振体2的固定端4。再结合图2所示，所述驱动电极3具有耦合面31，该耦合面31与外侧面21平行，垂直于衬底1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种横向体声波谐振器，包括具有正面（11）和背面（12）的衬底（1），其特征是：所述横向体声波谐振器还包括垂直悬浮于衬底（1）正面（11）的谐振体（2）、若干个耦合于所述谐振体（2）的垂直侧面并固定在衬底（1）上的驱动电极（3）、以及用于连接衬底（1）和谐振体（2）的固定端（4），所述谐振体（2）在水平方向上呈正多边形，所述驱动电极（3）与谐振体（2）之间形成静电力?电容转换的机电耦合系统。
【技术特征摘要】
1.一种横向体声波谐振器，包括具有正面(11)和背面(12)的衬底(I )，其特征是所述横向体声波谐振器还包括垂直悬浮于衬底(I)正面(11)的谐振体(2)、若干个耦合于所述谐振体(2)的垂直侧面并固定在衬底(I)上的驱动电极(3)、以及用于连接衬底(I)和谐振体(2)的固定端(4)，所述谐振体(2)在水平方向上呈正多边形，所述驱动电极(3)与谐振体(2)之间形成静电力-电容转换的机电耦合系统。2.根据权利要求1所述的横向体声波谐振器，其特征是所述多边形为对称正六边形或正三角形。3.根据权利要求1所述的横向体声波谐振器，其特征是所述谐振体(2)的厚度不大于正多边形侧边的中点到正多边形中心的距离。4.根据权利要求1所述的横向体声波谐振器，其特征是所述驱动电极(3)与所述谐振体(2 )之间具有间距(5 )，所述间距(5 )在10(T300纳米。5.根据权利要求1所述的横向体声波谐振器，其特征是所述若干个驱动电极(3)等间距围绕设置在所述谐振体(2)的周围。6.根据权利要求5所述的横向体声波谐振器，其特征是所述固定端(4)与所述驱动电极(3)数量相等。7.根据权利要求1或6所述的横向体声波谐振器，其特征是所述固定端(4)位于所述正多边形的谐振体(2)的顶角，并且与所述驱动电极(3)采用等间隔设置。8.根据权利要求1所述的横向体声波谐振器，其特征是所述谐振体(2)与驱动电极(3)耦合的垂直侧面为外侧面(21)，所述驱动电极(3)与外侧面(21)的耦合部为耦合面(31)，所述耦合面(31)平行外侧面(21)，且垂直于衬底(I)。9.根据权利要求8所述的横向体声波谐振器，其特征是所述外侧面(21)和所述耦合面(31)均为平面。10.根据权利要求1或8所述的横向体声波谐振器，其特征是所述外侧面(21)和耦合面(31)为内凹朝向谐振体(2)内部的曲面。11.根据权利要求1所述的横向体声波谐振器，其特征是所述衬底(I)包括基底(13)、覆盖在基底(13)上的第一氧化层(14)，覆盖在第一氧化层(14)上的隔离层(15)，覆盖在隔离层(15)上的第二氧化层(16)，所述空腔(17)通过贯通第一氧化层(14)、隔离层(15)和第二氧化层(16)并内凹于基底而形成。12.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖滨，吕萍，胡维，梅嘉欣，李刚，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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