基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器制造技术

本发明专利技术公开的基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器，其包括：SiO2基板；SiO2基板位于谐振器的最下方；底部电极位于SiO2基板上方；Si3N4双端固支平板位于SiO2基板与底部电极上方；顶部电极位于Si3N4双端固支平板上方且位置与底部电极相对应；Si3N4绝缘层位于Si3N4双端固支平板与顶部电极上方；加热电阻位于Si3N4绝缘层上方且其电阻最大区域位于Si3N4双端固支平板的梁中间区域；VO2层位于Si3N4双端固支平板与加热电阻上方；加热电阻采用Pt制作以增加其承受高温的能力，同时加热电阻由不同宽度的Pt金属带构成以保证Si3N4双端固支平板的中间平板区域电阻值最大。区域电阻值最大。区域电阻值最大。

【技术实现步骤摘要】
基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器


[0001]本专利技术属于电子器件
，具体涉及基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器。

技术介绍

[0002]几乎所有的电子设备都需要频率控制，而谐振器则是产生谐振频率的专用元器件。自20世纪中期以来，主要谐振器市场的主要是石英晶体谐振器与石英振荡器。然而随着技术的不断发展，谐振器的尺寸越来越小以满足可穿戴市场以及手机芯片对于系统高度集成化的需要，同时亦要满足低功耗需求。此时，传统的晶体谐振器已经很难在“超小尺寸”下保持等效串联电阻(ESR)特性，即低功耗特性。微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems，MENS)技术是本世纪初发展起来的一种新型多学科交叉技术，涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科，在不久的将来将对人类生活生产产生革命性的影响。
[0003]相比于传统的石英晶体谐振器，通过MEMS技术加工制作的MEMS谐振器具有可靠性高、低功耗、低ESR特性等特性，同时其尺寸比传统的石英晶体谐振器小50％以上，并且由于其加工方式，可直接与当前的集成电路芯片工艺相兼容。
[0004]此外，为了满足不同条件下适用情况，要求MEMS谐振器可以工作在多个谐振频率。虽然增加谐振器数目是一种可选择的方案，然而这必将增加整个系统的体积，增大系统的功耗，不利于系统的高度集成。
[0005]二氧化钒(VO2)是一种相变材料，在其相变过程中结构内部应力会发生较大的变化。根据结构力学相关知识可知，当在双端固支梁上施加拉伸或压缩载荷时，双端固支梁的谐振频率会发生改变。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器，以解决了不改变谐振器自身结构实现频率可调的问题。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器，包括依次由下而上排布的SiO2基板、Si3N4双端固支平板、Si3N4绝缘层、加热电阻和VO2层；SiO2基板上设置有底部电极，Si3N4双端固支平板上设置有顶部电极；Si3N4双端固支平板通过刻蚀法使Si3N4双端固支平板与SiO2基板以及底部电极之间有微米级的间隙；顶部电极与底部电极相对应；加热电阻位于Si3N4绝缘层上方且其电阻最大区域位于Si3N4双端固支平板的中间平板区域。
[0008]本专利技术的特点还在于，
[0009]底部电极通过沉积与刻蚀法构型在SiO2基板上，底部电极包括底部上电极与底部下电极，顶部电极包括顶部上电极与顶部下电极；顶部上电极与顶部下电极和底部上电极与底部下电极的结构位置相对应、并分别通过金属微带连接至外部电路；
[0010]Si3N4双端固支平板包括一个日字型平板框架，其中间梁的两侧各设有一个上平板
与下平板，且上平板与下平板位置与底部电极的底部上电极与底部下电极相对应，实现谐振器工作过程中上下电极之间的耦合。
[0011]Si3N4绝缘层沉积在顶部电极上方，Si3N4绝缘层与Si3N4双端固支平板形状大小相同，包括与中间梁的对应的中间平板层以及中间平板层两侧的上平板层与下平板层，上平板层和下平板层分别与顶部上电极和顶部下电极相对应。
[0012]加热电阻沉积在Si3N4绝缘层上，加热电阻由一对各段宽度不同的Pt金属微带构成，每个Pt金属微带的中间部分凸起，其中凸起部分的Pt金属微带最窄以保证此处电阻最大。
[0013]VO2层通过脉冲激光沉积法沉积在加热电阻上方，VO2层是由VO2短平板与VO2长平板构成的十字结构，VO2短平板位于加热电阻的Pt金属微带最窄处正上方。
[0014]VO2层是由VO2相变材料制成的薄膜。
[0015]Si3N4绝缘层尺寸与形状与Si3N4双端固支平板一致，实现顶部电极与加热电阻之间的完全电气绝缘。
[0016]本专利技术的有益效果是，在不改变MEMS谐振器自身结构的情况下，通过利用VO2材料以及金属微带在相变过程中应力发生改变的特性，改变了Si3N4双端固支复合平板的杨氏模量，实现了MEMS谐振器频率的改变，从而为高集成系统在复杂条件下的应用提供了条件。本专利技术提出的基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器，可用于厘米波波段通讯系统中
附图说明
[0017]图1为本专利技术基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器的结构爆炸图；
[0018]图2为图1谐振器的基板示意图；
[0019]图3为图1谐振器底部电极；
[0020]图4为图1谐振器Si3N4双端固支平板；
[0021]图5为图1谐振器顶部电极；
[0022]图6为图1谐振器的Si3N4绝缘层；
[0023]图7为图1谐振器的加热电阻；
[0024]图8为图1谐振器的VO2层。
[0025]图中，1.SiO2基板，2.底部电极，3.Si3N4双端固支平板，4.顶部电极，5.Si3N4绝缘层，6.加热电阻，7.VO2层，8.底部上电极，9.底部下电极，10.中间梁，11.上平板，12.下平板，13.金属微带，14.顶部上电极，15.顶部下电极16.中间平板层，17.上平板层，18.下平板层，19.Pt金属微带，20.VO2长平板，21.VO2短平板.
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图及实施例对本专利技术的实施方式做进一步地详细叙述。
[0027]本专利技术提出基于VO2的频率可变MEMS方形谐振器，如图1
‑
2所示，由SiO2基板1、底部电极2、Si3N4双端固支平板3、顶部电极4、Si3N4绝缘层5、加热电阻6、VO2层7组成。包括依次由下而上排布的SiO2基板1、Si3N4双端固支平板3、Si3N4绝缘层5、加热电阻6和VO2层7；SiO2基板1上设置有底部电极2，Si3N4双端固支平板3上设置有顶部电极4；Si3N4双端固支平板3通
过刻蚀法使Si3N4双端固支平板3与SiO2基板1以及底部电极2之间有微米级的间隙；顶部电极4与底部电极2相对应；加热电阻6位于Si3N4绝缘层5上方且其电阻最大区域位于Si3N4双端固支平板3的中间平板区域。
[0028]如图3所示，底部电极2通过沉积与刻蚀法构型在SiO2基板1上，底部电极2包括底部上电极8与底部下电极9，如图5所示，顶部电极4包括顶部上电极14与顶部下电极15；顶部上电极14与顶部下电极15和底部上电极8与底部下电极9的结构位置相对应、并分别通过金属微带13连接至外部电路；
[0029]如图4所示，Si3N4双端固支平板3包括一个日字型平板框架，其中间梁10的两侧各设有一个上平板11与下平板12，且上平板11与下平板12位置与底部电极2的底部上电极8与底部下电极9相对应，实现谐振器工作过程中上下电极之间的耦合。
[0030]如图6所示，Si3N4绝缘层5沉积在顶部电极4上方，Si3N4绝缘层5与Si3N4双端固支平板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器，其特征在于，包括依次由下而上排布的SiO2基板(1)、Si3N4双端固支平板(3)、Si3N4绝缘层(5)、加热电阻(6)和VO2层(7)；所述SiO2基板(1)上设置有底部电极(2)，所述Si3N4双端固支平板(3)上设置有顶部电极(4)；所述Si3N4双端固支平板(3)通过刻蚀法使Si3N4双端固支平板(3)与SiO2基板(1)以及底部电极(2)之间有微米级的间隙；所述顶部电极(4)与底部电极(2)相对应；所述加热电阻(6)位于Si3N4绝缘层(5)上方且其电阻最大区域位于Si3N4双端固支平板(3)的中间平板区域。2.根据权利要求1所述的基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器，其特征在于，所述底部电极(2)通过沉积与刻蚀法构型在SiO2基板(1)上，所述底部电极(2)包括底部上电极(8)与底部下电极(9)，所述顶部电极(4)包括顶部上电极(14)与顶部下电极(15)；所述顶部上电极(14)与顶部下电极(15)和底部上电极(8)与底部下电极(9)的结构位置相对应、并分别通过金属微带(13)连接至外部电路。3.根据权利要求1所述的基于VO2的频率可调MEMS平板谐振器，其特征在于，所述Si3N4双端固支平板(3)包括一个日字型平板框架，其中间梁(10)的两侧各设有一个上平板(11)与下平板(12)，且所述上平板(11)与下平板(12)位置与底部电极(2)的底部上电极(8)与底部下电极(9)相对应，实现谐振器工作过程中上下电极之间的耦合。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，田文超，辛菲，徐瀚洋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：