RF MEMS諧振器研究.pdf

1、射頻微機(jī)電（RF MEMS）諧振器以其體積小、功耗低、抗震性能好、Q值高以及與 IC(集成電路)工藝兼容的優(yōu)勢(shì)成為極具潛力的晶體諧振器替代品。近年來(lái)MEMS諧振器的研究得到了很大的關(guān)注，但現(xiàn)在對(duì) MEMS諧振器（特別是靜電MEMS諧振器，又稱(chēng)電容式MEMS諧振器）的研究大多還處于實(shí)驗(yàn)階段，要實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用還有幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決，如動(dòng)態(tài)阻抗過(guò)大問(wèn)題。
　　本論文討論了靜電MEMS諧振器的性能及其影響因素，通過(guò)設(shè)計(jì)新的支撐結(jié)構(gòu)減小諧振器

2、的錨點(diǎn)損耗，采用移動(dòng)電極法在傳統(tǒng)工藝下實(shí)現(xiàn)納米級(jí)縫隙以降低諧振器動(dòng)態(tài)阻抗，并對(duì)靜電MEMS諧振器做了深入研究。本論文主要內(nèi)容如下：
　　1.針對(duì)靜電MEMS諧振器動(dòng)態(tài)阻抗過(guò)大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種帶有扣鎖結(jié)構(gòu)的可移動(dòng)電極，這種移動(dòng)電極可以在傳統(tǒng)SOI（Silicon on Insulator）工藝下，諧振器厚度20μm時(shí)，將電極與諧振體的縫隙減小到50nm。并利用一個(gè)70MHz的方塊MEMS諧振器對(duì)此移動(dòng)電極移動(dòng)前后的傳輸曲線進(jìn)行仿真

3、，通過(guò)仿真計(jì)算得到動(dòng)態(tài)阻抗從移動(dòng)前的44MΩ降低到280Ω。這種帶扣鎖結(jié)構(gòu)的移動(dòng)電極的優(yōu)勢(shì)是電極移動(dòng)只需要一次，實(shí)現(xiàn)扣鎖后不需要再加制動(dòng)電壓。
　　2.為進(jìn)一步提高側(cè)邊振動(dòng)MEMS諧振器的Q值，本文設(shè)計(jì)了一種十字形支撐結(jié)構(gòu)，與自由梁諧振器錨點(diǎn)設(shè)計(jì)原理類(lèi)似，在直梁支撐上的振動(dòng)零點(diǎn)處接入一根橫梁來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)方塊諧振器和圓環(huán)諧振器兩種諧振器接入直梁支撐、T形梁支撐和十字梁支撐進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示兩種諧振器結(jié)構(gòu)均在十字梁支撐時(shí) Q值最大，即

4、錨點(diǎn)損耗最小。
　　3.研究靜電MEMS諧振器電路等效模型，首先采用等效質(zhì)量法和等效剛度法建立諧振器機(jī)械等效模型，然后采用機(jī)電類(lèi)比法建立等效電路模型。利用所建立的等效模型進(jìn)行 MEMS諧振器的非線性研究，設(shè)計(jì)了一種可以有效得到靜電MEMS諧振器非線性的仿真方法，并對(duì)諧振器的機(jī)械非線性進(jìn)行了仿真。
　　4.通過(guò)對(duì)MEMS諧振器的工藝流程及版圖設(shè)計(jì)的研究，最終設(shè)計(jì)了幾種側(cè)邊振動(dòng)的MEMS諧振器，然后對(duì)他們進(jìn)行了基于表面微加工工藝