[发明专利]微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法

说明书

技术领域

本发明属于传感技术领域，特别涉及一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法。

背景技术

振荡器是数字电子系统中提供时钟频率的基本元件,几乎在所有电子系统中均需使用。在现代通讯系统中，由于频率资源有限而用户众多，对振荡器频率的准确性提出了极高要求。GSM手机要求振荡器的频率准确性在±2.5ppm以内，而移动基站要求振荡器的稳定性在±0.05ppm以内。

长期以来，石英晶体谐振器一直是电子系统中提供时钟频率信号的主要元件，其性能稳定，温度特性好。但是，石英振荡器难以集成，受机械加工手段限制难以制作高频振荡器，并且抗震性能较差，难以满足未来移动智能设备的需求。

硅基振荡器是采用微机电技术(MEMS)技术制作的新一代振荡器，其谐振特性优异，便于与集成电路集成，可实现GHz量级的振荡频率输出，并且可耐受高冲击环境。

振荡器必须解决的一个主要问题是，MEMS加工的离散性要显著大于传统机械加工技术，造成MEMS振荡器频率的离散性大。传统毫米量级的石英晶体振荡器，其加工精度可达微米量级，并且石英振荡器可在大气下工作，在加工完成后通过测试和蒸发修正等工艺校准频率，可实现极高的频率准确性。而振荡器采用圆片级加工工艺制作。所谓圆片级制造工艺是指一个硅圆片上有几百、几千甚至几万个芯片单元，每个芯片单元都是独立的元器件，圆片上所有芯片单元是同时加工的。任何制造工艺在一个圆片上均存在工艺离散性，氧化、扩散等工艺的离散性较小，溅射等工艺的离散性接近5％，而刻蚀的离散性更大。MEMS振荡器的特征尺寸在微米量级，工艺离散性一般在亚微米量级，造成制造完成的振荡器的频率离散性显著大于传统工艺制造的石英晶体振荡器。通过对谐振单元作可制造性设计，可以将振荡器的频率离散性降低到102ppm量级，但与石英振荡器ppm量级的频率离散性相比仍有极大的差距。振荡器的目标共振频率为f₀±δf，其中f₀为满足应用需求的固定频率值，δf为应用允许的频率偏差量。一般应用中允许的δf/f₀在10^-5～10^-6量级；而实际制作得到的硅MEMS振荡器共振频率存在较大离散性，振荡器共振频率f_i与f₀的偏差一般远大于δf。

传统石英振荡器是利用蒸发或溅射工艺在石英谐振单元表面制作一薄层金属层，从而改变谐振单元的质量来实现频率调节的。由于振荡器一般需要在真空中工作，制造完成的振荡 器一般已通过圆片级封装工艺实现了真空封装，传统方法难以对封装在真空腔内的谐振单元作结构的微调，因此无法采用传统技术实现振荡器的频率校准。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法，用于解决现有技术中存在的振荡器的频率离散性较高的问题，以及由于振荡器通过圆片级封装工艺实现了真空封装，难以对封装在真空腔内的谐振单元作结构的微调，无法实现振荡器的频率校准的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微蒸发器，所述微蒸发器包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；其中，

所述微蒸发台的一面为蒸发面；

所述锚点位于所述微蒸发台的两侧，且与所述微蒸发台相隔一定的间距；

所述支撑梁位于所述微蒸发台与所述锚点之间，一端与所述微蒸发台相连接，另一端与所述锚点相连接；所述支撑梁的尺寸满足如下关系式：

其中，b、h、L分别为所述支撑梁的宽度、厚度及长度，T为工作时所述微蒸发台所需的蒸发温度，P为工作时所述金属电极上需要施加的功率，k为所述支撑梁的导热率，Ta为所述锚点处的温度；

所述金属电极位于所述锚点的第一表面。

作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发台的材料在低于其熔点时的饱和蒸汽压大于10^-6乇。

作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发台、所述锚点及所述支撑梁的材料均为均质的硅或锗。

作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发器还包括蒸发料，所述蒸发料位于所述微蒸发台的蒸发面。

作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述蒸发料在饱和蒸汽压大于10^-6乇的温度低于所述微蒸发台的熔点。

作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述蒸发料为铝、锗、金或半导体材料。