RF MEMS諧振器研究.pdf

1、射頻微機電（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)勢成為極具潛力的晶體諧振器替代品。近年來MEMS諧振器的研究得到了很大的關注，但現(xiàn)在對 MEMS諧振器（特別是靜電MEMS諧振器，又稱電容式MEMS諧振器）的研究大多還處于實驗階段，要實現(xiàn)其應用還有幾個關鍵問題需要解決，如動態(tài)阻抗過大問題。
　　本論文討論了靜電MEMS諧振器的性能及其影響因素，通過設計新的支撐結構減小諧振器

2、的錨點損耗，采用移動電極法在傳統(tǒng)工藝下實現(xiàn)納米級縫隙以降低諧振器動態(tài)阻抗，并對靜電MEMS諧振器做了深入研究。本論文主要內容如下：
　　1.針對靜電MEMS諧振器動態(tài)阻抗過大的問題，設計了一種帶有扣鎖結構的可移動電極，這種移動電極可以在傳統(tǒng)SOI（Silicon on Insulator）工藝下，諧振器厚度20μm時，將電極與諧振體的縫隙減小到50nm。并利用一個70MHz的方塊MEMS諧振器對此移動電極移動前后的傳輸曲線進行仿真

3、，通過仿真計算得到動態(tài)阻抗從移動前的44MΩ降低到280Ω。這種帶扣鎖結構的移動電極的優(yōu)勢是電極移動只需要一次，實現(xiàn)扣鎖后不需要再加制動電壓。
　　2.為進一步提高側邊振動MEMS諧振器的Q值，本文設計了一種十字形支撐結構，與自由梁諧振器錨點設計原理類似，在直梁支撐上的振動零點處接入一根橫梁來實現(xiàn)。針對方塊諧振器和圓環(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行仿真，結果顯示兩種諧振器結構均在十字梁支撐時 Q值最大，即

4、錨點損耗最小。
　　3.研究靜電MEMS諧振器電路等效模型，首先采用等效質量法和等效剛度法建立諧振器機械等效模型，然后采用機電類比法建立等效電路模型。利用所建立的等效模型進行 MEMS諧振器的非線性研究，設計了一種可以有效得到靜電MEMS諧振器非線性的仿真方法，并對諧振器的機械非線性進行了仿真。
　　4.通過對MEMS諧振器的工藝流程及版圖設計的研究，最終設計了幾種側邊振動的MEMS諧振器，然后對他們進行了基于表面微加工工藝