[发明专利]多量程MEMS CMOS静电梳齿谐振器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多量程MEMS CMOS静电梳齿谐振器，尤其是一种基于CMOS DPTM（Double Poly Triple Metal）混合信号工艺的多量程MEMS CMOS静电梳齿谐振器，属于MEMS器件设计制造技术领域。

背景技术

随着科技的发展，MEMS 技术在军民应用中越来越广泛。微结构的机械振动可以用很多方法来激励，例如：压电、热膨胀、静电力和静磁力，而由于用静电力激励的方式简单，工艺上又能与微机械加工技术兼容，所以静电梳齿谐振器成为了MEMS 中一种重要的基础功能单元。静电梳齿谐振器具有能实现机械能和其他能量之间的转换、可以产生较大的振动幅值、设计灵活等优点，可广泛用于微谐振器、微滤波器、微执行器等微电子机械系统（MEMS）器件中，在射频通信、国防军工、消费电子等领域有着十分重要的作用。

基于制造方法，微机械器件可以被划分为两大类：体材料加工得到的微机械器件和表面薄膜加工得到的微机械器件。体微谐振器相比于表面薄膜微谐振器有较高的灵敏度和较低的噪声。但是表面微机械技术的优势是相对低的制造成本，同时也能容易地实现 MEMS 和信号检测电路的单片集成。通过对比一系列 MEMS 工艺，发现 CMOS MEMS 工艺最容易实现低成本和高性能的结合。这主要是因为 CMOS MEMS 工艺可以使用标准CMOS 工艺线加工 MEMS 系统，从而实现了低成本。同时该工艺允许 MEMS 器件和检测电路间采用金属互连，而且这两个模块可以布置的很近，这大大减小了互连寄生参数，从而保证了高精度和低噪声性能。

现有的谐振器结构一般包括设有梳齿的质量块，梳齿与电极交叉设置，由于质量块上连接一排梳齿，质量块的结构一般呈长条形；这种结构导致质量块的两端容易形成翘起，在实际使用时，影响到谐振器的正常工作。现有的谐振器主要存在以下缺陷：（1）无法与CMOS工艺兼容，传感器芯片的CMOS工艺集成化是传感器研究和发展的趋势；（2）单一的量程，只能针对某一特定的量程范围进行测试，使其不能得到最大限度的使用，造成资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种多量程MEMS CMOS静电梳齿谐振器，提高了测量范围，弥补了单个传感器测量范围的不足。

按照本发明提供的技术方案，所述多量程MEMS CMOS静电梳齿谐振器，其特征是：包括连接在一起的第一谐振器单元、第二谐振器单元、第三谐振器单元、第四谐振器单元、第五谐振器单元和第六谐振器单元，第一谐振器单元、第二谐振器单元、第三谐振器单元、第四谐振器单元、第五谐振器单元和第六谐振器单元分别具有两个输出端，第一谐振器单元、第二谐振器单元、第三谐振器单元、第四谐振器单元、第五谐振器单元和第六谐振器单元的输入端由金属连线合并连接；所述第一谐振器单元、第二谐振器单元、第三谐振器单元、第四谐振器单元、第五谐振器单元和第六谐振器单元分别包括基底及基底上的结构层，结构层包括上锚点、下锚点、第一叉指电容、第二叉指电容、第三叉指电容、第四叉指电容、上弹性梁、下弹性梁、振子质量块、左锚点和右锚点；所述振子质量块包括左部质量块和右部质量块，左部质量块和右部质量块由连接梁连接；所述上弹性梁和下弹性梁分别包括四条折梁，上弹性梁的四条折梁分别连接上锚点和振子质量块，下弹性梁的四条折梁分别连接下锚点和振子质量块；在所述左部质量块的左侧面上设有梳齿状排列的第一叉齿电容，在右部质量块的右侧面上设有梳齿状排列的第二叉指电容；在所述左锚点靠近左部质量块的侧面上设有梳齿状排列的第三叉指电容，在右锚点靠近右部质量块的侧面上设有梳齿状排列的第四叉电容；所述第一叉指电容位于两个第三叉指电容的空隙之间，且第一叉指电容与第三叉指电容呈等距离的交叉配置；所述第二叉指电容位于两个第四叉指电容的空隙之间，且第二叉指电容与第四叉指电容呈等距离的交叉配置。

所述第一谐振器单元、第二谐振器单元、第三谐振器单元、第四谐振器单元、第五谐振器单元和第六谐振器单元的叉指电容的大小不同。