[发明专利]一种MEMS压阻谐振器

说明书

技术领域

本发明实施例涉及振荡器技术领域，尤其涉及一种MEMS压阻谐振器。

背景技术

在时钟和频率控制领域一般采用石英振荡器，其具有优越的温度稳定性和相位噪声特性，然而随着当前的时钟产品越来越趋向微型化，石英振荡器的缺点日益突出，石英振荡器为片外组元、体积难以缩小、与硅工艺不兼容、不易于集成以及非工业标准的封装等，使得各厂家在提供薄型化产品的同时将面临高成本及低成品率的问题。

微机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）谐振器是近年来迅猛发展的一种谐振器，被广泛用于制作射频滤波器、振荡器、频率计和放大器。MEMS谐振器以其微型化和与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）兼容的特点，正显示替代石英振荡器的强劲势头。然而，对于低成本，高质量，全集成的MEMS谐振器也有不少难题，包括硅30ppm/OC的温度系数，多晶疲劳所导致的老化，封装污染导致的频率漂移。其中频率漂移是最主要的问题，因为MEMS谐振器尺寸达到几十微米，对表面污染十分敏感。通过MEMS-first^TM和EpiSeal^TM的硅封装的发明和非硅谐振器的进步，允许硅谐振器封装于工业标准的低成本塑料封装，解决了维持真空封装的问题，实际上消除了空腔污染物和老化现象，减轻了温度补偿和漂移的复杂性。阻碍早期MEMS谐振器的成本问题和技术障碍均被顺利清除。

通过真空塑料封装虽然能解决MEMS谐振器的关键问题，但成本和制作的复杂性要求MEMS谐振器能在非真空下也具有良好的性能。MEMS谐振器具有高Q值、低功耗、易集成的优点，但是也有需要克服的问题，包括动态电阻很高以及频率稳定性差。

传统的电容式谐振器的机电转换是通过振子和电极之间的电容进行，动态电阻高达几千欧，不适用与外电路连接。

现有技术中采用压阻谐振器来解决高电阻的问题。所谓压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。图1所示为现有技术中一种MEMS压阻谐振器的结构示意图，如图1所示，所述谐振器包括：衬底（未示出）；振子11；输入电极（未示出），形成在所述衬底上并位于所述振子11的两短边侧，用于为所述振子11提供交流电压信号；输入偏置电压电极，形成在所述衬底上，用于为所述振子11提供直流偏置电压信号；输出电极，形成在所述衬底上并与所述输入偏置电压电极相对设置，用于响应所述交流信号所导致的振子11的电阻变化而输出频率信号；第一锚结构12和第二锚结构13用于将所述振子11悬置于所述衬底上。当施加直流偏置电压信号并输入交流电压信号产生静电激励时，该压阻谐振器利用振子11的压阻效应在振子11中产生感测电流，其中所述感测电流的近似路径如图1中箭头所示，同时静电激励使振子11产生振动，振子11的伸缩振动导致振子11电阻的变化，通过检测从流经振子11的感测电流的变化可以输出频率信号。

现有技术中的压阻谐振器的动态电阻仅为几十欧，相比于电容式谐振器有很大优势，但是由于感测电流流经振子，振子会自发热而影响频率的稳定性，相比于电容式谐振器的频率稳定性更差。

发明内容

本发明提供一种MEMS压阻谐振器，以在保持低动态电阻特性的同时减小自发热产生的频率不稳定性。

本发明提供一种MEMS压阻谐振器，包括：

衬底；

至少一对输入电极，形成在所述衬底上，用于为振子提供交流电压信号，以使所述振子振动；

输入偏置电压电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，用于为所述振子提供直流偏置电压信号，以使得响应所述交流电压信号所导致的振子的电阻变化而产生的感测电流流经所述振子；

输出电极，形成在所述衬底上并位于所述振子振动的波节处，并与所述输入偏置电压电极相对设置，用于响应所述感测电流，从而输出频率信号；

第一锚结构，用于将所述振子支撑于输入偏置电压电极上并将直流偏置电压信号传送到振子；

第二锚结构，用于将所述振子支撑于输出电极上并将所述感测电流传送到输出电极；

振子，设置于所述输入电极之间，并且通过第一锚结构和第二锚结构悬置于所述衬底上方，其中所述振子包括：流过所述感测电流的第一区域以及不流过所述感测电流的第二区域。