[发明专利]阵列化的平面剪切模态射频微机电谐振器

说明书

本发明公开了一种阵列化的平面剪切模态射频微机电谐振器，包括：配置为工作在平面剪切模态下的谐振单元，该谐振单元的顶角处的振动幅度最大，且边缘处具有位移节点，与配置为工作在长度拉伸模态的耦合梁，共同组成阵列式谐振结构；支撑梁，一端与阵列式谐振结构中谐振单元边缘处的位移节点相连，另一端固定在一基座上，实现谐振结构的悬空；驱动/检测电极，配置于谐振单元侧面，通过一介质层与谐振单元相隔，该介质层，为谐振单元与电极之间的纳米尺度间隙层，用作阵列式谐振结构的机电转换介质。本发明提供的谐振器提高了谐振结构间的能量传递，可获得大规模阵列结构，降低动态电阻，并实现自差分驱动与检测，抑制馈通信号，提取纯净谐振频谱。

技术领域

本发明涉及射频微机电系统(RF-MEMS)领域，尤其涉及一种阵列化的平面剪切模态射频微机电谐振器。

背景技术

未来无线通信系统呈现出集成化、小型化、低功耗、高频率、多模式的发展趋势，射频前端收发系统具有对射频信号的预处理功能，是无线通信系统的重要组成部分。传统射频前端收发系统所采用的射频谐振器件主要包括石英晶振、声表面波(SAW)滤波器、薄膜体声波谐振器(FBAR)、陶瓷滤波器、LC谐振电路等。然而，传统射频器件在体积、性能、功耗等方面存在诸多限制因素，无法满足未来无线通信系统的发展需求，如陶瓷滤波器为片外分立元件，占用空间大，难以实现单片集成；LC谐振电路和SAW滤波器Q值低，插入损耗大；FBAR的谐振频率由厚度决定，难以实现多谐振模态，且薄膜厚度难以精确控制；石英晶振谐振频率低，需外加倍频电路，功耗较大。MEMS谐振器件具有高线性度、高Q值、低功耗、小尺寸、可集成、低成本等优势，是未来无线通信系统的理想选择之一，具有极大的应用潜力。

高频率、高Q值、低动态电阻是MEMS谐振器的主要性能指标。高频率有助于开发更高的频段资源，缓解低频段资源紧张的现状；高Q值能够降低器件的插入损耗，放宽后端电路的增益需求，降低系统功耗；低动态电阻是实现谐振器件与射频电路阻抗匹配、单片集成，走向实际应用的关键所在。

硅基MEMS谐振器具有高Q值、与IC工艺兼容性好等优势，但动态电阻大，难以与射频网络相匹配，现有的提高偏置电压、采用固态介质等方式，改善程度有限，制备工艺复杂。此外，馈通信号所导致的寄生效应掩盖了真实的谐振信号，造成频谱失真。消除馈通、抑制寄生是改善谐振器性能的难点。因此，迫切需要开发高频率、高Q值、低阻抗、低馈通的高性能硅基MEMS谐振器。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种阵列化的平面剪切模态射频微机电谐振器，以至少部分解决上述问题。

有鉴于此，本发明提出了一种阵列化的平面剪切模态射频微机电谐振器，包括：

配置为工作在平面剪切模态下的谐振单元，该谐振单元顶角处的振动幅度最大，且该谐振单元的边缘处具有位移节点，该位移节点实现谐振单元的位置固定，且在该位移节点两侧相邻区域的振动方向相反；

进一步的，谐振单元的几何形状为轴对称结构，材料为硅基、金刚石、SiC、III-V族半导体材料或压电材料。

配置为工作在长度拉伸模态的耦合梁，作为不同谐振单元之间的连接组件，传递振动能量，该耦合梁与上述谐振单元共同组成阵列式谐振结构，且该耦合梁与该谐振单元的连接位置对应耦合梁与谐振单元的最大振幅处；

进一步的，阵列式谐振结构为：

一维拓扑结构，谐振单元和耦合梁单向排布；

或二维阵列，由上述一维拓扑结构通过第二级耦合梁拓展组成；

或环状结构，谐振单元通过耦合梁两两相连，首尾相接。

更进一步的，该阵列式谐振结构包括一种或多种模态的谐振单元和/或耦合梁；

该阵列式谐振结构中两个谐振单元之间的耦合梁个数为一个或多个。