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随着电子设备的日益信息化、智能化、微型化,电子系统都在向着高性能、低成本、低功耗的方向发展。在未来的通信系统里,高Q值的谐振器、滤波器需求极大。射频微机械谐振器与滤波器由于具有很高的Q值以及良好的选频性,并且能和IC集成,可望满足下一代射频通讯系统的要求。
本文对固支梁结构的高频微机械谐振器和滤波器进行了研究。首先,建立了谐振器与滤波器的物理模型,将有限元仿真和解析公式相结合,对其进行了性能仿真和参数优化。分析材料和换能原理带来的非线性误差,提取相关等效机电参数,得到谐振器基本传输曲线;使用机电类比的方法建立谐振器的等效电路模型,得到谐振器Q与动态刚度和偏置电压等参数的关系,并对影响Q值的几个因素:空气阻尼、结构支撑损失、热膨胀阻尼及表面不平整导致的损失进行了讨论。最后使用MEMS耦合场仿真工具验证了系统功能。
利用两层多晶硅表面微机械加工工艺进行了器件加工,对工艺流水中遇到的过刻蚀、侧墙、牺牲层释放、金属化等一系列问题进行了分析和改进,成功制备出中心频率在6-20MHz微谐振器和微滤波器的样品。
对微谐振器进行了多普勒测试,得到了与中心频率设计值接近的结果,并对测试结果进行了分析。未来工作将集中于器件的电学测试,微谐振器的精密调频,以及高阶微滤波器的开发,以期获得性能更佳的器件。