双模谐振装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种双模谐振装置，包括嵌套布置的内谐振器和外谐振器，内谐振器包括内谐振体和内圈电极，内圈电极阵列设置于内谐振体附近以在施加激励信号时使内谐振体产生第一频率的振动；外谐振器包括外谐振体及其内外侧的外圈电极，外圈电极间隔设置以在施加激励信号时使外谐振体产生第二频率的振动；第二频率与第一频率相比具有更高阶的模态频率，采用嵌套组合的内谐振器和外谐振器，替代现有的双谐振器并排放置的方式，经由双谐振器同时实现双频输出，可以降低高频振动模态的动态阻抗

【技术实现步骤摘要】
双模谐振装置、双输出MEMS振荡器及温度补偿方法


[0001]本专利技术涉及微机电系统
，特别是涉及一种双模谐振装置
、
双输出
MEMS
振荡器及温度补偿方法
。

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]频率
‑r/>温度漂移是微机电谐振器的关键性能指标之一，谐振器的频率温度稳定性通过频率温度系数
(Temperature coefficient of frequency
，
TCF)
衡量，一阶频率温度系数由谐振器材料的温度弹性系数
(TCE)
和热膨胀系数
(a)
确定，即未经温度补偿的微机械谐振器的频率温度系数一般比较大，在工业级温度
‑
40
～
85
°
C
范围内，微机械谐振器的输出频率将产生超过
3500ppm
的频率漂移，不能满足工业的实际应用要求
。
为此需要补偿由于温度降低谐振频率的变化量，而有效补偿的前提是准确获取引起谐振频率变化的温度测量结果
。
因此，在时钟应用中需要对微机电谐振器进行温度补偿
。
目前，已有的
MEMS TCXO
（温补振荡器）产品主要采用单谐振器双模态或双谐振器的方式来实现测温，并基于测得的温度信息对频率输出进行补偿
。
[0004]现阶段，单谐振器双模态结构通常会使用面内电极激发面内拉梅
(Lam
é
)
振动模态，使用面外电极激发面外振动模态，拉梅
(Lam
é
)
振动模态维持在
1~10MHz
频率之间振动以确保较低的动态阻抗
。
然而，在高频时钟（谐振器振动产生的时钟信号）的应用场合，往往需要使用锁相环进行额外的上变频，这会导致频率输出信号的稳定度变差，即频率输出信号的相位噪声和抖动性能变差
。
双谐振器结构通常采用两个谐振器并排放置的方式，在此结构排布下，如果在芯片的两侧存在温度差，两个谐振器之间也会存在温度梯度，导致测温的准确性受到影响
。
[0005]因此，如何提升谐振器的温度测量精度以及输出频率信号的稳定度，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一
。
[0006]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚
、
完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的
。
不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知
。

技术实现思路

[0007]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模谐振装置
、
双输
出
MEMS
振荡器及温度补偿方法，用于解决现有的双模态谐振器中测温准确性不足以及生成高频时钟的应用中动态阻抗随谐振频率明显上升的问题
。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种双模谐振装置，包括由下至上的衬底层
、
介质层和器件层，所述器件层包括嵌套布置的内谐振器和外谐振器，所述内谐振器包括内谐振体和内圈电极，所述内圈电极阵列设置于所述内谐振体附近以在施加激励信号时使所述内谐振体产生第一频率的振动；所述外谐振器包括外谐振体和所述外谐振体内外侧的外圈电极，所述外谐振体通过外围锚定部侧向连接以使所述外谐振体悬空于所述衬底层之上，所述外圈电极间隔设置以在施加激励信号时使所述外谐振体产生第二频率的振动；其中，所述第二频率与所述第一频率相比具有更高阶的模态频率
。
[0009]可选地，所述内谐振体被构造成方块形的单谐振体，所述外谐振体包括级联耦合的多个外谐振单元
。
[0010]可选地，所述内圈电极设置成阵列围绕所述内谐振体的各角部，并且所述内圈电极被施加交流驱动信号以使所述内谐振体工作在面剪切模态
。
[0011]可选地，所述内圈电极位于所述内谐振体上且阵列布置，并且所述内圈电极被施加交流驱动信号以使所述内谐振体工作在面外振动
。
[0012]可选地，所述内谐振体与所述外谐振体之间设置有隔离环，所述内谐振体通过中心锚点固定连接至所述衬底层，以使所述内谐振体处于悬空状态，所述中心锚点接入直流偏置电压，所述隔离环接地以使所述内谐振器与所述外谐振器电隔离
。
[0013]可选地，所述内谐振体与所述外谐振体之间设置有隔离环，所述隔离环通过耦合梁与所述内谐振体固定连接以使所述内谐振体处于悬空状态，并且所述隔离环接入直流偏置电压
。
[0014]可选地，所述外谐振体设置成外谐振单元与耦合部对角耦合成环状阵列结构，所述外谐振体工作在面内剪切模态或拉梅模态
。
[0015]本专利技术还提供一种温度补偿方法，使用根据前述的双模谐振装置执行所述温度补偿方法，包括以下步骤：激发所述内谐振器生成第一频率的输出信号，以及激发所述外谐振器生成第二频率的输出信号；对第一频率输出信号和第二频率输出信号进行信号处理，获取第三频率的输出信号，其中所述第三频率具有近似为线性的频率温度关系曲线；从第三频率中提取出谐振器芯片的温度信息，并且基于谐振器芯片温度信息对所述第一频率和
/
或所述第二频率的输出信号进行温度补偿
。
[0016]可选地，所述获取第三频率输出信号的步骤，包括：对所述第一频率输出信号和所述第二频率输出信号进行混频处理
。
[0017]本专利技术提供一种双输出
MEMS
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双模谐振装置，包括由下至上的衬底层
、
介质层和器件层，其特征在于：所述器件层包括嵌套布置的内谐振器和外谐振器，所述内谐振器包括内谐振体和内圈电极，所述内圈电极阵列设置于所述内谐振体附近以在施加激励信号时使所述内谐振体产生第一频率的振动；所述外谐振器包括外谐振体和所述外谐振体内外侧的外圈电极，所述外谐振体通过外围锚定部侧向连接以使所述外谐振体悬空于所述衬底层之上，所述外圈电极间隔设置以在施加激励信号时使所述外谐振体产生第二频率的振动；其中，所述第二频率与所述第一频率相比具有更高阶的模态频率
。2.
根据权利要求1所述的双模谐振装置，其特征在于：所述内谐振体被构造成方块形的单谐振体，所述外谐振体包括级联耦合的多个外谐振单元
。3.
根据权利要求2所述的双模谐振装置，其特征在于：所述内圈电极设置成阵列围绕所述内谐振体的各角部，并且所述内圈电极被施加交流驱动信号以使所述内谐振体工作在面剪切模态
。4.
根据权利要求2所述的双模谐振装置，其特征在于：所述内圈电极位于所述内谐振体上且阵列布置，并且所述内圈电极被施加交流驱动信号以使所述内谐振体工作在面外振动
。5.
根据权利要求1所述的双模谐振装置，其特征在于：所述内谐振体与所述外谐振体之间设置有隔离环，所述内谐振体通过中心锚点固定连接至所述衬底层，以使所述内谐振体处于悬空状态，所述中心锚点接入直流偏置电压，所述隔离环接地以使所述内谐振器与...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷永庆，朱雁青，舒赟翌，
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：