[发明专利]具有改进的电气特征的微机电谐振器

说明书

一种MEMS谐振器配备有基底、在由第一轴线和第二轴线形成的水平平面中悬置在基底上方的移动结构，移动结构具有彼此平行并且沿着第二轴线延伸的第一臂和第二臂，第一臂和第二臂通过第一横向接合元件和第二横向接合元件在第一臂和第二臂的相应的端部处耦合以形成内部窗口。第一电极结构定位在窗口外部并且电容性耦合至移动结构。第二电极结构定位在窗口内部。第一电极结构和第二电极结构的一个电极结构引起挠曲臂以谐振频率沿着第一水平轴线在相反方向上的振荡运动，并且另一个电极结构具有检测振荡的功能。悬置结构在窗口中具有悬置臂。附接装置在窗口中居中地耦合至悬置元件并且接近第二电极结构。

技术领域

本公开涉及被称为MEMS谐振器(“微机电结构”)的微机电谐振器，其具有改进的电气特征，特别是关于频率稳定性和外部干扰抑制。

背景技术

例如，MEMS谐振器可以有利地用于实时时钟(RTC)应用，其在下面的描述中在不失一般性的情况下被提及。

以已知的方式，RTC设备通常用作便携式和其它电子设备(诸如移动电话、摄像机或静物照相机、汽车设备、家用电器、数据采集终端、智能卡读卡器等)中的时钟，用于即使在有关的电子设备被关闭时，也可以(以年、月、日、小时、分和秒)对实时流逝进行计数。

为此目的，RTC设备通常包括具有适当的谐振结构(也简称为“谐振器”)的振荡器电路，该谐振结构能够生成例如等于32.768kHz或其倍数的操作(或谐振)频率。处理电路耦合至振荡器电路，以用于基于该操作频率对时间流逝进行计数，并且适当的电源向设备供应电力。

尽管石英技术几十年来一直在频率生成领域(包括实时时钟应用)占据主导地位，但是硅基MEMS谐振器已经在最近被提出并且其正在变得越来越成功。

由于通过标准集成电路制造工艺生产MEMS谐振器的可能性以及以低成本在半导体材料的单个芯片中(以ASIC，即专用集成电路的形式)集成机械结构和对应的电子电路两者的可能性，因此使用MEMS谐振器的优点主要包括实质上抑制尺寸并且大大降低成本。MEMS谐振器通常更耐冲击和机械应力，并且与常规的基于石英的设计相比具有更低的功耗。

MEMS谐振器包括由微加工技术制成的微机械结构，这些微机械结构由于以适当的DC(连续)电偏置和AC(交变)致动信号的形式的外部激励而被引起以其自然谐振频率振动。这些微机械结构通常包括通过适当的机械紧固元件附接至基底的至少一个移动物体，该物体通过施加的偏置和致动信号而进行谐振。移动物体与耦合至其的固定电极结构一起形成电容器，并且移动物体的谐振振动引起该电容器的电容的变化，该变化被转换为期望的操作频率下的输出信号。

图1示意性地示出了被称为DEFT(双端音叉)类型的已知的MEMS谐振器结构，该已知的MEMS谐振器结构总体上由1所表示；该MEMS谐振器1例如在以下文献中被描述：“Temperature-stabilized silicon resonator for frequency references”，MatthewA.Hopcroft，博士论文，2007年9月，斯坦福大学。

MEMS谐振器1包括谐振移动结构2，谐振移动结构2的的主延伸部在由彼此正交的第一水平轴线x和第二水平轴线y形成的水平平面xy中，以及谐振移动结构2具有沿着正交于上述水平平面xy的垂直轴线z的可忽略的延伸部或者在任何情况下的小得多的延伸部。

在示例中，谐振移动结构2由沿着第二水平轴线y具有纵向主延伸部的彼此平行的第一臂(或“梁”)2a和第二臂(或“梁”)2b组成。

谐振移动结构2被定位成悬置在基底3上方并且平行于基底3的上表面。