本文關(guān)鍵詞：新型MEMS壓電諧振器若干問題的仿真與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：MEMS諧振器的優(yōu)點是超高的品質(zhì)因數(shù)。一種新型的壓電傳導(dǎo)單晶硅MEMS諧振器的特點在于壓電層驅(qū)動和單晶硅傳導(dǎo)。由于單晶硅具有較大的能量密度,相比其他種類的諧振器具有更高的品質(zhì)因數(shù)(Q值)同時也存在若干問題需要深入探討和研究。本文完成了諧振頻率在10MHz的該類諧振器器件的理論推導(dǎo)和設(shè)計,同時分析了該類諧振器的工作特性和器件特點,并將諧振器器件從結(jié)構(gòu)到工藝到測試的所有芯片制作技巧進行了詳盡的論述。其中還創(chuàng)新性的改進了諧振器錨點的機械結(jié)構(gòu)以進一步減少錨點損耗。首先的問題是如何有效的進行單晶硅傳導(dǎo)壓電諧振器設(shè)計。諧振器設(shè)計的仿真和分析需要一個完善的理論模型。本文首先完成了諧振器設(shè)計過程中等效模型的建立。在理論模型的基礎(chǔ)上,拓展了諧振器值得參考的指標(biāo)如靈敏度等,并且用仿真軟件ADS(Automation Device Specification)進一步驗證了諧振器主體設(shè)計結(jié)構(gòu)正常工作的可行性,為接下來的工作奠定了基礎(chǔ)。為了解決如何進一步提高諧振器性能的問題。通過分析,錨點損耗為諧振能量傳播中最主要的損耗。本文使用COMSOL Multiphysics多物理場仿真分別對支撐結(jié)構(gòu)和錨點結(jié)構(gòu)進行了仿真驗證。進行了錨點處結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新,添加了深槽反射鏡結(jié)構(gòu)(Reflector)。并對反射鏡結(jié)構(gòu)的各部分設(shè)計參數(shù)產(chǎn)生的影響進行了大膽預(yù)測和嚴(yán)謹(jǐn)論證,進一步驗證了錨點損耗的來源和其耗散方式。在器件整體仿真設(shè)計完成的基礎(chǔ)上,進行了工藝制作的細(xì)節(jié)設(shè)計和論證。最后在整體到局部器件都成功制作的前提下,進行了芯片性能測試。由于封裝跳線水平會對器件性能產(chǎn)生一定程度的影響,于是對諧振器器件的測試分別在封裝前和封裝后進行了兩次。最終結(jié)果表明,本文中設(shè)計制作的壓電驅(qū)動單晶硅傳導(dǎo)諧振器諧振頻率為10.0175MHz,Q值達到3130。峰值點插入損耗-31.2dB,峰值點處相移-185度(裸片)。其性能參數(shù)良好,器件工作正常。本文出色解決了新型壓電諧振中主要相關(guān)問題:如何有效的設(shè)計和論證參數(shù);如何針對其諧振特點進一步提高效率;如何在原有工藝條件的基礎(chǔ)上設(shè)計和創(chuàng)新;如何測試和封裝。這一系列問題是該類諧振器器件制作過程中至關(guān)重要的。本文的工作為國內(nèi)未來研究該類諧振器打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：MEMS諧振器 壓電諧振 單晶硅
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN751.2;TH-39
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13
• 1.3 本論文的主要內(nèi)容13-15
• 第二章 壓電驅(qū)動單晶硅諧振器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析15-25
• 2.1 諧振器設(shè)計15-22
• 2.1.1 振型和固有頻率計算與設(shè)計15
• 2.1.2 等效電路模型建立和參數(shù)設(shè)計15-22
• 2.2 線性度22-23
• 2.3 材料選擇23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 諧振器Q值仿真分析25-47
• 3.1 諧振器品質(zhì)因數(shù)與損耗25-28
• 3.1.1 損耗的類型25-27
• 3.1.2 Q值的計算27-28
• 3.2 錨點損耗優(yōu)化28-45
• 3.2.1 支撐節(jié)點設(shè)計29-34
• 3.2.2 錨點附近的結(jié)構(gòu)改進34-35
• 3.2.3 錨點損耗的數(shù)學(xué)模型35-37
• 3.2.4 有限元仿真分析37-45
• 3.3 本章小結(jié)45-47
• 第四章 諧振器加工工藝設(shè)計47-62
• 4.1 壓電驅(qū)動單晶硅諧振器實現(xiàn)工藝47-61
• 4.1.1 工藝實現(xiàn)的總體流程47-51
• 4.1.2 器件掩膜板設(shè)計與實現(xiàn)51-56
• 4.1.3 沉積層間設(shè)計56-61
• 4.2 器件制造與封裝61
• 4.3 本章小結(jié)61-62
• 第五章 壓電驅(qū)動單晶硅諧振器測試與封裝62-70
• 5.1 壓電驅(qū)動單晶硅諧振器的裸片測試62-65
• 5.1.1 測試方法62-64
• 5.1.2 測試結(jié)果64-65
• 5.2 壓電驅(qū)動單晶硅諧振器的氣密封裝65-67
• 5.3 電驅(qū)動單晶硅諧振器封裝后的電氣性能測試67
• 5.4 單晶硅諧振器器件的等效擬合67-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第六章 全文總結(jié)與展望70-72
• 6.1 全文總結(jié)70-71
• 6.2 工作展望71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果79-80

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