环形结构酒杯模态射频微机电谐振器制造技术

本公开提供了一种环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，包括：工作在酒杯模态下的呈环形结构的谐振单元；支撑单元，与所述谐振单元的位移节点耦合，用于支撑所述谐振单元悬空；电极，设置于所述谐振单元外围；其中，所述电极与所述谐振单元具有一间隙层，用于所述谐振单元与所述电极之间的机电转换。所述环形结构酒杯模态射频微机电谐振器相比于现有技术的谐振器，热弹性损耗更低，Q值更高，插入损耗更低、高频率稳定性更高，放宽了后级放大电路的增益需求，系统功耗及噪声更低，器件尺寸更小，更有利于器件大规模低成本生产，可用于构建射频系统中的多种高性能射频器件，具备广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
环形结构酒杯模态射频微机电谐振器
本公开涉及射频微机电系统(RF-MEMS，RadioFrequency-Micro-Electro-MechanicalSystem)领域，尤其涉及一种环形结构酒杯模态射频微机电谐振器。
技术介绍
未来无线通信系统正朝着高频率、多模式、小型化、集成化、低功耗的方向发展。然而传统的谐振器因为各种限制因素不能完全满足未来无线通信系统的需求，具体从以下方面体现：石英晶振谐振器频率低，对热冲击敏感，功耗较大；陶瓷谐振器体积大，难以实现单片集成；LC谐振电路和SAW(SurfaceAcousticWave，表面声波)谐振器Q值低，插入损耗大；FBAR(FilmBulkAcousticResonator，薄膜体声谐振器)的频率由薄膜厚度决定，而薄膜厚度难以得到精确控制。MEMS谐振器相对于上述几种谐振器具有更优的性能，拥有广阔的应用前景。而在实现本公开构思的过程中，专利技术人发现相关技术中至少存在如下问题：面外振动的弯曲模态的MEMS谐振器，热弹性损耗大，Q值低，导致谐振器插入损耗大，频率稳定性差；面内振动模态的MEMS谐振器频率取决于面内尺寸，占用面积较大，不利于器件大规模集成。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的主要目的在于提供了一种环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，以期至少部分地解决上述提及的技术问题的至少之一。本公开提供了一种环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，包括：谐振单元，呈环形结构；其中，上述谐振单元工作在面内酒杯模态下，做互为反相的收缩和扩张运动；支撑单元，与上述谐振单元的位移节点耦合，用于支撑上述谐振单元悬空；电极，设置于上述谐振单元外围；其中，上述电极与上述谐振单元具有一间隙层，用于上述谐振单元与上述电极之间的机电转换。根据本公开的实施例，上述谐振单元包括外边缘和内边缘；其中，上述外边缘形状包括正多边形、圆形、椭圆形中的至少一种；其中，上述内边缘形状包括正多边形、圆形、椭圆形中的至少一种。根据本公开的实施例，上述谐振单元的材料包括硅基材料、金刚石、III-V族半导体、压电材料中的至少一种。根据本公开的实施例，上述谐振单元为圆环形结构或者方形环形结构；上述支撑单元包括4个，分别分布于上述谐振单元的位移节点上；其中，上述电极包括4个，每个上述电极分布于相邻两个上述支撑单元之间。根据本公开的实施例，上述谐振单元上设置有呈轴对称分布的调节孔；其中，上述调节孔内不填充材料、部分填充材料或全部填充材料。根据本公开的实施例，上述调节孔的形状包括多边形和/或圆形。根据本公开的实施例，上述支撑单元包括支座和支撑梁；其中，上述支撑梁的一端与上述谐振单元的位移节点耦合，上述支撑梁的另一端固定在上述支座上。根据本公开的实施例，上述支撑梁为直梁、弯曲梁、环形梁或者周期性结构中的至少一种；上述支撑梁的材料包括硅基材料、金刚石、III-V族半导体、压电材料中的至少一种。根据本公开的实施例，上述电极配置为单端模式驱动-检测或双端模式驱动-检测；其中，上述电极的形状包括矩形、扇形、叉指、梳齿中的至少一种；上述电极的材料包括金属和/或半导体。根据本公开的实施例，上述间隙层内配置为不填充电介质材料、部分填充电介质材料或全部填充电介质材料；其中，上述电介质的材料包括空气、HfO2、SiNx或复合电介质材料中的至少一种。根据本公开的实施例，由于环形结构酒杯模态射频微机电谐振器实现环形结构酒杯模态，因此，相比于现有技术的谐振器，热弹性损耗更低，Q值更高，插入损耗更低、高频率稳定性更高，放宽了后级放大电路的增益需求，系统功耗及噪声更低，器件体积更小，易于大规模集成。综上所述，上述环形结构酒杯模态射频微机电谐振器可用于构建射频系统中的多种高性能射频器件，具备广阔的应用前景。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示意性示出了根据本公开实施例的一种圆环形结构酒杯模态射频微机电谐振器的结构示意图；图2示意性示出了图1中的圆环形结构酒杯模态射频微机电谐振器的谐振单元工作在酒杯模态下的示意图；图3示意性示出了现有技术中的一种圆盘形踏振单元示意图；图4示意性示出了根据本公开另一实施例的一种方形环形结构酒杯模态射频微机电谐振器的结构示意图。上述附图中，附图标记含义具体如下：1.谐振单元；2.内边缘；3.外边缘；4.调节孔；5.支撑梁；6.支座；7.电极8.间隙层；9.圆环形结构酒杯模态；10.圆盘形谐振单元。具体实施方式下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本公开的限定，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分而非全部结构。本公开提供了一种环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，包括：谐振单元，呈环形结构；其中，所述谐振单元工作在酒杯模态下，做互为反相的收缩和扩张运动；支撑单元，与所述谐振单元的位移节点耦合，用于支撑所述谐振单元悬空；电极，设置于所述谐振单元外围；其中，所述电极与所述谐振单元具有一间隙层，用于所述谐振单元与所述电极之间的机电转换。利用本公开提供的环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，在环形结构酒杯模态下工作，热弹性损耗低，Q值高，能够实现低插入损耗、高频率稳定性的效果，放宽后级放大电路的增益需求，降低系统功耗及噪声；相比于其他面内模态，本公开的环形结构酒杯模态射频微机电谐振器的环形结构酒杯模态在相同频率下器件体积更小，易于大规模集成。综上所述，本公开提供的环形结构酒杯模态射频微机电谐振器具备高Q值、小尺寸、高稳定性等优势。根据本公开的实施例，谐振单元包括外边缘和内边缘；其中，外边缘形状包括正多边形、圆形、椭圆形中的至少一种；其中所述内边缘形状包括正多边形、圆形、椭圆形中的至少一种。根据本公开的实施例，谐振单元的材料可以采用硅基材料(如多晶硅、单晶硅、SiC等)、金刚石、III-V族半导体或压电材料中的至少一种。图1示意性示出了根据本公开实施例的一种圆环形结构酒杯模态射频微机电谐振器的结构示意图。根据本公开的实施例，如图1所示，谐振单元1包括内边缘2和外边缘3；其中，谐振单元1的内边缘2和外边缘3均为圆形。根据本公开的实施例，如图1所示，谐振单元1呈圆环形，其由内边缘2围绕在中间形成一通孔。根据本公开的实施例，如图1所示，谐振单元1的通孔分布于几何中心，用来构成圆环形结构。图2示意性示出了图1中的圆环形结构酒杯模态射频微机电谐振器的谐振单元工作在酒杯模态下的示意图。根据本公开的实施例，如图1和图2所示，谐振单元1工作在酒杯模态9下，振动轴为x轴和y轴，以谐振单元1的几何中心为原点，谐振单元1在x轴和y轴上做互为反相的收缩和扩张运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，其特征在于，包括：/n谐振单元，呈环形结构；其中，所述谐振单元工作在酒杯模态下，做互为反相的收缩和扩张运动；/n支撑单元，与所述谐振单元的位移节点耦合，用于支撑所述谐振单元悬空；/n电极，设置于所述谐振单元外围；其中，所述电极与所述谐振单元具有一间隙层，用于所述谐振单元与所述电极之间的机电转换。/n

【技术特征摘要】
1.一种环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，其特征在于，包括：
谐振单元，呈环形结构；其中，所述谐振单元工作在酒杯模态下，做互为反相的收缩和扩张运动；
支撑单元，与所述谐振单元的位移节点耦合，用于支撑所述谐振单元悬空；
电极，设置于所述谐振单元外围；其中，所述电极与所述谐振单元具有一间隙层，用于所述谐振单元与所述电极之间的机电转换。


2.根据权利要求1所述的环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，其特征在于，所述谐振单元包括外边缘和内边缘；其中，所述外边缘形状包括正多边形、圆形、椭圆形中的至少一种；其中，所述内边缘形状包括正多边形、圆形、椭圆形中的至少一种。


3.根据权利要求2的环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，所述谐振单元的材料包括硅基材料、金刚石、III-V族半导体、压电材料中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，其特征在于，所述谐振单元为圆环形结构或者方形环形结构；所述支撑单元包括4个，分别分布于所述谐振单元的位移节点上；其中，所述电极包括4个，每个所述电极分布于相邻两个所述支撑单元之间。


5.根据权利要求1所述的环形结构酒杯模态射频微机电谐振器，其特征在于，所述谐振单元上设置有呈轴对称分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文立，杨晋玲，袁泉，陈泽基，杨富华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11