用于更高阶无源温度补偿的微机电器件及其设计方法与流程

背景技术：

1、物联网(iot)的出现已经产生了在可穿戴设备、智能电话以及用于工业和消费者应用的远程感测中使用的无数基于传感器的设备。定时参考在这些设备中是普遍存在的并且帮助提供用于跟踪时间、使数字集成电路(ic)中的事件同步、以及处理信号的信号。高精度微机电系统(mems)谐振器对于这种高性能电子应用可能是合需的。

技术实现思路

1、本公开的目的是实现改进的温度补偿mems器件，诸如谐振器。特别是，本公开的目的是实现提供二阶温度补偿的谐振器设计。本公开还提供了一种出于各种目的而设计二阶温度补偿的微机械谐振器的方法。

技术特征：

1.一种硅mems谐振器器件，包括：

2.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的几何形状包括所述谐振器元件的平面内旋转，并且其中所述平面内旋转的角度被选择成使得所述角度使频率的所述一阶温度系数的所述绝对值最小化。

3.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的所述几何形状包括所述谐振器元件中的一个或多个腔。

4.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的所述几何形状包括方形或矩形谐振器元件。

5.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的所述几何形状包括方形或矩形谐振器元件，其具有添加至所述谐振器元件的一个或多个边或角的一个或多个附加方形或矩形区域。

6.如权利要求5所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的所述几何形状还包括所述谐振器元件中的一个或多个腔。

7.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述至少一个相关联的本征振动模式包括经修改fs或经修改lamé谐振模式。

8.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的所述几何形状包括方形谐振器元件，其具有添加至所述谐振器元件的一个或多个边或角的一个或多个基本上椭圆形的区域，由此形成基本上x形状的所得谐振器元件。

9.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的所述几何形状包括方形或矩形谐振器元件，其具有添加至所述谐振器元件的一个或多个边缘的一个或多个附加梯形区域。

10.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述谐振器元件的所述几何形状包括方形谐振器元件或具有圆角的基本上方形谐振器元件，并且其中所述谐振器元件的所述几何形状还包括从所述谐振器元件中减去的一个或多个方形区域。

11.如权利要求1所述的mems谐振器器件，其特征在于，所述器件被配置成作为振荡器操作。

12.一种用于设计具有温度引起的频率漂移的无源补偿的mems谐振器器件的方法，所述方法包括：

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括将平面内旋转应用于所述谐振器元件。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括将一个或多个附加区域添加至所述谐振器元件。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括从所述谐振器元件减去一个或多个区域。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括将一个或多个附加区域添加至所述谐振器元件以及从所述谐振器元件减去一个或多个区域。

17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括在将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件之后将一个或多个附加区域添加至所述谐振器元件。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件包括以将所述谐振器元件的频率的所述一阶温度系数的所述绝对值减小到所述第二值的角度将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件，并且其中将所述一个或多个附加区域添加至所述谐振器元件进一步将所述谐振器元件的频率的所述一阶温度系数的所述绝对值减小到小于所述第二值的第三值。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括在将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件之后从所述谐振器元件减去一个或多个区域。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件包括以将所述谐振器元件的频率的所述一阶温度系数的所述绝对值减小到所述第二值的角度将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件，并且其中从所述谐振器元件中减去所述一个或多个区域进一步将所述谐振器元件的频率的所述一阶温度系数的所述绝对值减小到小于所述第二值的第三值。

21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括在将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件之后将一个或多个附加区域添加至所述谐振器元件以及从所述谐振器元件减去一个或多个区域。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件包括以将所述谐振器元件的频率的所述一阶温度系数的所述绝对值减小到所述第二值的角度将所述平面内旋转应用于所述谐振器元件，并且其中将所述一个或多个附加区域添加至所述谐振器元件以及从所述谐振器元件减去一个或多个区域进一步将所述谐振器元件的频率的所述一阶温度系数的所述绝对值减小到小于所述第二值的第三值。

23.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述谐振器元件包括方形谐振器元件或具有圆角的基本上方形的谐振器元件，并且其中修改所述谐振器元件的初始几何形状或初始取向中的一者或两者包括：(i)将一个或多个梯形形状或椭圆形形状的区域添加至所述谐振器元件的一个或多个边或角，或者(ii)从所述谐振器元件减去一个或多个方形形状或矩形形状的区域。

技术总结示例硅MEMS谐振器器件包括支撑结构、具有至少一个相关联的本征振动模式的谐振器元件、将谐振器元件耦合至支撑结构的至少一个锚定件、至少一个驱动电极和至少一个感测电极。谐振器元件用N型或P型掺杂物均匀掺杂到引起严密温度补偿模式的掺杂浓度，在该严密温度补偿模式中，(i)谐振器元件的频率的一阶温度系数的绝对值减小到低于阈值的第一值，以及(ii)谐振器元件的频率的二阶温度系数的绝对值减小到大约零。进一步，谐振器元件的几何形状被选择成使得频率的一阶温度系数的绝对值进一步减小到小于第一值的第二值。技术研发人员：A·达鲁瓦拉,R·马修受保护的技术使用者：斯塔西拉知识产权控股公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30