RF MEMS自由梁諧振器特性研究.pdf

1、隨著電子系統(tǒng)對(duì)器件高性能、小型化需求的逐步提高,MEMS諧振器憑借其高Q值、易集成、抗沖擊等優(yōu)勢(shì)被推上舞臺(tái)。由于MEMS諧振器的制作工藝和IC工藝兼容,可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),加上其優(yōu)越的電氣性能,因而在近年來(lái)逐漸成為一大研究熱點(diǎn)。
　　本文分析了MEMS自由梁諧振器工作機(jī)理及性能影響因素,討論了Q值與諧振器結(jié)構(gòu)、空氣阻尼之間的關(guān)系,動(dòng)態(tài)阻抗與電極間隙、介質(zhì)材料之間的關(guān)系,根據(jù)表面微加工工藝設(shè)計(jì)了諧振器加工流程,并完成了諧振器的制備和測(cè)

2、試,主要內(nèi)容如下:
　　1.將MEMS自由梁諧振器等效為彈簧阻尼振動(dòng)系統(tǒng),根據(jù)諧振器結(jié)構(gòu)和材料提取諧振器等效彈性系數(shù)、等效質(zhì)量等,采用機(jī)電類比法,將機(jī)械三維結(jié)構(gòu)的諧振器等效為RLC電路模型,便于諧振器性能的分析;
　　2.研究自由梁諧振器的能量損耗機(jī)理。從振動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā),計(jì)算支撐梁末端對(duì)錨點(diǎn)做的功,獲得傳遞到基底的機(jī)械波的能量,從而得到自由梁諧振器的錨點(diǎn)損耗;根據(jù)雷諾方程,分析了稀薄空氣下MEMS諧振器的空氣阻尼,推出等

3、效阻尼系數(shù),結(jié)合諧振器振動(dòng)的達(dá)朗貝爾方程,獲取諧振器的阻尼損耗;最后通過(guò)彈性熱力學(xué)分析,建立了MEMS諧振器熱彈性阻尼損耗模型,并采用有限元軟件驗(yàn)證了分析結(jié)果;
　　3.研究降低諧振器動(dòng)態(tài)阻抗的移動(dòng)電極法。分析不同參數(shù)對(duì)諧振器動(dòng)態(tài)阻抗的影響,設(shè)計(jì)了通過(guò)增加阻擋塊,外加驅(qū)動(dòng)電極降低諧振器電容間隙減小動(dòng)態(tài)阻抗的方法,并分析了外加電極對(duì)諧振器性能的影響,通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了該方案的可行性;
　　4.完成了諧振器的加工與測(cè)試。設(shè)計(jì)ME