一种微机械谐振器及其制备方法、微机械振荡器技术

本发明专利技术属于微电子技术领域，公开了一种微机械谐振器及其制备方法、微机械振荡器。本发明专利技术中谐振振子包括主谐振结构和机械耦合结构，主谐振结构采用方板结构，机械耦合结构采用圆环板或圆板结构，机械耦合结构与主谐振结构连接，且机械耦合结构位于主谐振结构的四角。微机械谐振器对应的频率温度曲线的温度拐点基于主谐振结构与机械耦合结构的质量占比进行调控。通过对谐振振子的几何尺寸进行设计，可以实现频率温度曲线的温度拐点的调控，能够满足多种不同场合的应用需求。足多种不同场合的应用需求。足多种不同场合的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种微机械谐振器及其制备方法、微机械振荡器


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种微机械谐振器及其制备方法、微机械振荡器。

技术介绍

[0002]时钟为数字电路提供频率基准和时间参考。谐振器是时钟的基本元件。谐振器与外围振荡电路、放大电路以及滤波电路可以构成振荡器，振荡器可以输出一个固定的频率信号。传统的石英时钟材料较脆，抗振动特性差，采用机械切割沿某些特定晶向制备，这些晶向在高温区域频率
‑
温度特性急剧恶化。对于5G及未来6G通信基站、汽车电子等一些新兴重要应用场合高温、高振动的恶劣环境，石英晶振很难满足高稳定性和低失效率的要求。近年来，基于微电子机械系统技术(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical Systems，MEMS)制备的微机械谐振器具有体积小、功耗低、可靠性稳定性好、可与集成电路制造工艺兼容等特点，市场需求与日俱增，已成为传统石英时钟的未来替代品。
[0003]频率
‑
温度漂移是谐振器的另一个关键性能指标。谐振器的频率温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机械谐振器，其特征在于：包括：衬底硅片和器件层硅；所述衬底硅片具有空腔结构，所述器件层硅上设置有谐振振子和支撑梁，所述谐振振子通过所述支撑梁与所述衬底硅片连接，所述谐振振子悬空在所述衬底硅片的所述空腔结构的上方；所述谐振振子包括主谐振结构和机械耦合结构，所述主谐振结构采用方板结构，所述机械耦合结构采用圆环板结构或圆板结构，所述机械耦合结构与所述主谐振结构连接，且所述机械耦合结构位于所述主谐振结构的四角；所述微机械谐振器对应的频率温度曲线的温度拐点基于所述主谐振结构与所述机械耦合结构的质量占比进行调控。2.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：通过改变所述机械耦合结构的面积改变所述主谐振结构与所述机械耦合结构的质量占比，所述机械耦合结构的面积越大，所述微机械谐振器的温度拐点越接近所述机械耦合结构的模态对应的温度拐点。3.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：所述主谐振结构的模态为方板伸张模态或面剪切模态，所述机械耦合结构的模态为伸张模态或者剪切模态。4.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：所述支撑梁位于所述主谐振器结构的中心，数量为一个；或者，所述支撑梁位于所述主谐振器结构的四边中点位置，数量为多个；，所述支撑梁为直梁、T型梁或者折叠梁结构。5.根据权利要求1所述的微机械谐振器，其特征在于：所述微机械谐振器为单晶硅结构或者金属
‑
压电层
‑
单晶硅复合薄膜结构；所述微机械谐振器还包括：多个固定锚点和电极单元，所述电极单元包括静电驱动/检测电极、压电驱动/检测电极、接地电极中的至少部分电极；多个所述固定锚点均与所述衬底硅片相连，所述静电驱动/检测电极设置在位于所述机械耦合结构的内侧和/或外侧的所述固定锚点上，所述压电驱动/检测电极、所述接地电极均设置在位于所述谐振振子的外围的固定锚点上；所述微机械谐振器为单晶硅结构时，所述微机械谐振器通过静电驱动/静电检测、静电驱动/压阻检测中的任意一种方式实现；所述微机械谐振器为金属
‑
压电层
‑
单晶硅复合薄膜结构时，所述微机械谐振器通过压电驱动/压电检测、静电驱动/静电检测、压电驱动/静电检测、静电驱动/压电检测中的任意一种方式实现。6.根据权利要求5所述的微机械谐振器，其特征在于：所述微机械谐振器为金属
‑
压电层
‑
单晶硅复合薄膜结构时，所述主谐振结构的压电层材料为石英、氮化铝、钪掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅中的一种；所述机械耦合结构采用单晶硅材料制备而成。7.根据权利要求5所述的微机械谐振器，其特征在于：所述单晶硅的晶面为(100)晶面，所述单晶硅为N型或P型重掺杂，其掺杂浓度范围为4.0
×
10
19
/cm3至2.0
×
10
20
/cm3；所述主谐振结构的晶向布置范围包括沿<100>、<110>以及沿<100>与<1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国强，肖宇豪，韩金钊，朱科文，华兆敏，李灿，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：