双面内模态温度补偿谐振器制造技术

本发明专利技术提供一种双面内模态温度补偿谐振器，通过将第一、第二谐振器嵌套连接，其相应的驱动、检测电极设置于相应谐振器的一侧，并在驱动电极作用下在其相邻的间隙处振动，从而使两个谐振器均为面内模态的振动模式，同时设置两个谐振器面内模态的振动模式不同，将其中一个作为输出工作频率，另一个作为测温补偿工作频率，实现温度补偿谐振器为双面内模态。选择两个不同的面内模态分别作为输出及测温补偿模态，无需配置面外电极，降低电极制备难度及复杂度，减小制备成本；另外，面内电极相对面外电极更易实现小间隙制备，降低实现低阻抗所需的工艺复杂度；再者，可通过调节谐振器材料的晶向及掺杂浓度，实现高测温精度补偿及低温漂输出。输出。输出。

【技术实现步骤摘要】
双面内模态温度补偿谐振器


[0001]本专利技术属于微机电系统
，特别是涉及一种双面内模态温度补偿谐振器。

技术介绍

[0002]微机电系统(MEMS，Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System)是一种基于微电子技术和微加工技术的一种高科技领域。MEMS技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元。MEMS器件具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点。MEMS技术的发展开辟了一个全新的
和产业，利用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事，物联网等领域中都有着十分广阔的应用前景。
[0003]MEMS双模态温度补偿振荡器(TCXO)设计，一般设置两个谐振器，其中每个谐振器的工作原理为：设置驱动电极和检测电极，在谐振器上施加偏置电压，驱动电极上施加交流驱动电压，在驱动电极及谐振器上会积聚电性相反的电荷，两者之间产生静电力，通过向驱动电极施加时变电压信号，则会产生时变静电力，从而驱动谐振器振动，检测电极则通过检测因为谐振器振动导致检测电极与谐振器之间的电容变化获得谐振器的振动信号。现有的TCXO设计，往往将一个设计为面外模态(面外模态是指谐振器振动方向与谐振器表面垂直的振动模式)、一个设计为面内模态(面内模态是指振动方向与谐振器表面平行的振动模式)，一个作为振荡器的输出工作频率的谐振器存在，一个作为振荡器的测温补偿工作频率的谐振器存在，以实现更小的输出频率温漂(TCF)特性，同时实现更高的测温频率TCF特性。
[0004]现有的TCXO设计，为了有效驱动和检测面外模态，如扭转模态(Torsional mode)，需要设置面外电极，面外电极的工艺难度及复杂度较大，增大制备成本；且为了降低谐振器的阻抗，需要更小的电极间隙(gap<1μm)，但面外小电极间隙的工艺难度和复杂度很大，且很难做到很小。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种双面内模态温度补偿谐振器，用于解决现有技术中MEMS双模态温度补偿振荡器采用面外模态需要设置面外电极，面外电极的工艺难度及复杂度较大，增大制备成本；且为了降低谐振器的阻抗，需要更小的电极间隙，但面外小电极间隙的工艺难度和复杂度很大，且很难做到很小等的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种双面内模态温度补偿谐振器，所述双面内模态温度补偿谐振器包括：
[0007]通过间隙互相隔开的第一谐振器、第二谐振器、第一谐振器驱动电极、第一谐振器检测电极、第二谐振器驱动电极、第二谐振器检测电极；
[0008]所述第二谐振器设置于所述第一谐振器的外周且通过耦合结构嵌套连接；
[0009]所述第一谐振器及所述第二谐振器在其各自相邻的所述间隙处振动；
[0010]所述第一谐振器驱动电极及所述第一谐振器检测电极设置于所述第一谐振器的一侧；
[0011]所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极设置于所述第二谐振器的一侧；
[0012]所述第一谐振器和/或所述第二谐振器通过锚固点固定；
[0013]所述第一谐振器驱动电极、所述第一谐振器检测电极、所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极通过锚点固定；
[0014]所述第一谐振器及所述第二谐振器为具有不同振动模式的面内模态，且其中一个作为输出工作频率的谐振器，另一个作为测温补偿工作频率的谐振器。
[0015]可选地，所述第一谐振器、所述第二谐振器、所述第一谐振器驱动电极、所述第一谐振器检测电极、所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极设置在基底上；所述第一谐振器和/或所述第二谐振器通过所述锚固点固定在所述基底上；所述第一谐振器驱动电极、所述第一谐振器检测电极、所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极通过所述锚点固定在所述基底上。
[0016]进一步地，所述锚固点及所述锚点均为具有电性的连接柱。
[0017]可选地，所述耦合结构为梁状结构。
[0018]可选地，所述第一谐振器驱动电极、所述第一谐振器检测电极、所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极均为成对设置。
[0019]可选地，所述第一谐振器的振动模式包括红酒杯模式、长度扩展模式、宽度扩展模式、面剪切模式、呼吸模式、兰姆模式中的一种；所述第二谐振器的振动模式包括红酒杯模式、长度扩展模式、宽度扩展模式、面剪切模式、呼吸模式、兰姆模式中的一种。
[0020]进一步地，所述第一谐振器的振动模式为兰姆模式，所述第二谐振器的振动模式为呼吸模式；所述第一谐振器作为输出工作频率的谐振器，所述第二谐振器作为测温补偿工作频率的谐振器。
[0021]进一步地，所述第一谐振器及所述第二谐振器的材料为硼掺杂的半导体材料。
[0022]进一步地，所述半导体材料为硅，晶向为(110)晶向；硼掺杂浓度为1.7e20。
[0023]可选地，所述第一谐振器的几何形状为弧形、扇形、环形、矩形及方框形中的一种；所述第二谐振器的几何形状为弧形、扇形、环形、矩形及方框形中的一种。
[0024]进一步地，所述第一谐振器的几何形状为矩形，所述第二谐振器的几何形状为圆环形，所述第一谐振器驱动电极及所述第一谐振器检测电极的几何形状为等腰梯形，所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极的几何形状为圆弧形。
[0025]如上所述，本专利技术的双面内模态温度补偿谐振器，通过将第一谐振器及第二谐振器嵌套连接，且其相应的驱动电极及检测电极对置设置于相应谐振器的相对侧，并在驱动电极的作用下在其相邻的间隙处振动，从而使两个谐振器均为面内模态的振动模式，同时设置两个谐振器面内模态的振动模式不同，将其中一个作为输出工作频率的谐振器，另一个作为测温补偿工作频率的谐振器，实现温度补偿谐振器为双面内模态。选择两个不同的面内模态分别作为输出及测温补偿模态，无需配置面外电极，降低电极制备的难度及复杂度，减小制备成本；另外，面内电极相对于面外电极更易于实现小间隙的制备，降低了实现低阻抗所需的工艺复杂度；再者，还可通过调节谐振器材料的晶向及掺杂浓度，实现高测温
精度补偿及低温漂输出。
附图说明
[0026]图1显示为本专利技术一示例的双面内模态温度补偿谐振器的结构示意图，其主要示出了第一谐振器与第二谐振器的几何形状、连接关系及位置关系。
[0027]图2显示为图1中的第一谐振器的振动模式为兰姆模式时的运动模态示意图。
[0028]图3显示为图1中的第二谐振器的振动模式为呼吸模式时的运动模态示意图。
[0029]图4显示为本专利技术一示例的双面内模态温度补偿谐振器的结构示意图，其主要示出了谐振器相应驱动电极及检测电极的布置方式。
[0030]图5及图6显示为图1中的双面内模态温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双面内模态温度补偿谐振器，其特征在于，所述双面内模态温度补偿谐振器包括：通过间隙互相隔开的第一谐振器、第二谐振器、第一谐振器驱动电极、第一谐振器检测电极、第二谐振器驱动电极、第二谐振器检测电极；所述第二谐振器设置于所述第一谐振器的外周且通过耦合结构嵌套连接；所述第一谐振器及所述第二谐振器在其各自相邻的所述间隙处振动；所述第一谐振器驱动电极及所述第一谐振器检测电极设置于所述第一谐振器的一侧；所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极设置于所述第二谐振器的一侧；所述第一谐振器和/或所述第二谐振器通过锚固点固定；所述第一谐振器驱动电极、所述第一谐振器检测电极、所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极通过锚点固定；所述第一谐振器及所述第二谐振器为具有不同振动模式的面内模态，且其中一个作为输出工作频率的谐振器，另一个作为测温补偿工作频率的谐振器。2.根据权利要求1所述的双面内模态温度补偿谐振器，其特征在于：所述第一谐振器、所述第二谐振器、所述第一谐振器驱动电极、所述第一谐振器检测电极、所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极设置在基底上；所述第一谐振器和/或所述第二谐振器通过所述锚固点固定在所述基底上；所述第一谐振器驱动电极、所述第一谐振器检测电极、所述第二谐振器驱动电极及所述第二谐振器检测电极通过所述锚点固定在所述基底上。3.根据权利要求2所述的双面内模态温度补偿谐振器，其特征在于：所述锚固点及所述锚点均为具有电性的连接柱。4.根据权利要求1所述的双面内模态温度补偿谐振器，其特征在于：所述耦合结构为梁状结构。5.根据权利要求1所述的双面内...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷永庆，舒赟翌，朱雁青，李岩岩，
申请(专利权)人：麦斯塔微电子深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：