專利名稱：可調(diào)諧微機(jī)電系統(tǒng)共振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子設(shè)備，且更具體來說，涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)共振器。
背景技術(shù)：
MEMS是用以通過機(jī)械移動(dòng)部分形成微型機(jī)電裝置的技術(shù)。這些裝置可用以實(shí)施各種射頻(RF)電路組件，例如共振器、開關(guān)、可變電容器(可變電抗器)、電感器等。MEMS裝置可具有優(yōu)于以其它方式制造的RF電路組件的特定優(yōu)點(diǎn)，例如較高的質(zhì)量因子(Q)、較低的插入損耗、較好的線性等。MEMS共振器為可在可稱作共振頻率的特定頻率下共振的MEMS裝置?？墒褂么隧?xiàng)技術(shù)中已知的各種結(jié)構(gòu)來實(shí)施MEMS共振器?？蛇x擇特定結(jié)構(gòu)及合適尺寸以獲得MEMS共振器的所要共振頻率?？蓪EMS共振器用于具有較小的RF信號(hào)的低功率應(yīng)用。在此情況下，MEMS共振器的共振頻率可能不太受RF信號(hào)的影響。然而，對(duì)于高功率應(yīng)用(例如，無線通信裝置的發(fā)射器)來說，RF信號(hào)可能較大。如果將較大的RF信號(hào)施加到MEMS共振器，那么MEMS共振器的共振頻率可能因所述RF信號(hào)而改變，此情形通常是不合需要的。將需要可處置較大的RF信號(hào)的MEMS共振器。

發(fā)明內(nèi)容


圖1及圖2展示可調(diào)諧MEMS共振器的橫截面圖。圖3及圖4展示用于可調(diào)諧MEMS共振器的不同腔形狀。圖5及圖6展示用于可調(diào)諧MEMS共振器的可移動(dòng)板的兩種示范性設(shè)計(jì)。圖7及圖8展示用以防止可移動(dòng)板的短路的間隔物的使用。圖9展示具有多個(gè)可移動(dòng)板的可調(diào)諧MEMS共振器。圖10展示四個(gè)可調(diào)諧MEMS共振器的陣列。圖11展示無線通信裝置的框圖。圖12展示通過可調(diào)諧MEMS共振器來實(shí)施的可調(diào)諧濾波器。圖13展示可調(diào)諧濾波器的頻率響應(yīng)。圖14展示通過可調(diào)諧MEMS共振器來實(shí)施的振蕩器。圖15展示用于操作MEMS共振器的過程。
具體實(shí)施例方式詞語“示范性”在本文中用以表示“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”。未必將本文中描述為 “示范性”的任何設(shè)計(jì)解釋為比其它設(shè)計(jì)優(yōu)選或有利。本文中描述具有可調(diào)整共振頻率且能夠處置較大的RF信號(hào)的可調(diào)諧MEMS共振器的若干示范性設(shè)計(jì)?？烧{(diào)諧MEMS共振器為具有可通過用直流(DC)電壓來調(diào)整機(jī)械移動(dòng)部分而改變的共振頻率的MEMS共振器。可調(diào)諧MEMS共振器可包括兩個(gè)或兩個(gè)以上端子(或電極)?？蓪F信號(hào)施加到第一端子，且將DC電壓施加到第二端子。所述DC電壓可使 MEMS共振器內(nèi)的板機(jī)械地移動(dòng)，所述移動(dòng)可接著調(diào)整MEMS共振器的共振頻率?？蓪⒈疚闹兴枋龅目烧{(diào)諧MEMS共振器用于例如可調(diào)諧濾波器、振蕩器等各種電路中。還可將可調(diào)諧 MEMS共振器用于例如無線通信裝置的發(fā)射器等高功率應(yīng)用?？烧{(diào)諧MEMS共振器可能夠處置較大的RF信號(hào)，且可具有歸因于所述較大的RF信號(hào)的較小的共振頻率改變。圖1展示能夠處置較大的RF信號(hào)的可調(diào)諧MEMS共振器100的示范性設(shè)計(jì)的橫截面圖?？烧{(diào)諧MEMS共振器100包括底部部分110及頂部部分160。圖1展示頂部部分160 與底部部分110脫嚙。圖2展示可調(diào)諧MEMS共振器100的橫截面圖，其中頂部部分160與底部部分110 配合。此為正常操作期間的配置。圖3展示圖1及圖2中的具有正方形腔180a的可調(diào)諧MEMS共振器100的示范性設(shè)計(jì)的俯視圖。圖1及圖2中的橫截面圖是沿圖3中的線X-X'所截取?？赏ㄟ^正方形腔實(shí)現(xiàn)較大的布局效率，且可在具有正方形腔的給定區(qū)域中制造較多的MEMS共振器?？赏ㄟ^使正方形腔180a具有修圓角及使接線柱172a具有修圓角來改進(jìn)MEMS共振器100的質(zhì)量因子(Q)。圖4展示圖1及圖2中的具有環(huán)形腔180b的可調(diào)諧MEMS共振器100的另一示范性設(shè)計(jì)的俯視圖。圖1及圖2中的橫截面圖是沿圖4中的線X-X'所截取。對(duì)于具有環(huán)形腔的MEMS共振器100，可獲得較高的Q。返回參看圖1，底部部分110包括襯底120，在襯底120上可形成各種結(jié)構(gòu)、層及導(dǎo)體。襯底120可為玻璃、硅或某一其它材料。玻璃可具有較好的性能以及較低的成本。導(dǎo)線122可形成于襯底120的頂部上，且可用以運(yùn)載RF信號(hào)。導(dǎo)線124也可形成于襯底120 的頂部上，且可用以運(yùn)載DC電壓。導(dǎo)線124可耦合到電極134，可在底部部分110的中心部上方于襯底120的頂部表面上形成所述電極134。電極134也可稱作偏壓電極、墊等。線 122及124以及電極134可通過金屬或某一其它導(dǎo)電材料形成。電介質(zhì)層128可覆蓋襯底 120的頂部表面的全部或部分。除底部部分110的中心部以外，可在襯底120的大部分頂部表面上方于電介質(zhì)層128的頂部上形成金屬層130?？梢苿?dòng)板140可形成于電極134上方，且可與電極134分開達(dá)間隙136。如下文所描述，板140可通過MEMS開關(guān)來實(shí)施，且可用金屬或某一其它導(dǎo)電材料形成。板140還可稱作機(jī)械膜等。頂部部分160包括腔180，其可形成于接線柱170周圍，且可由側(cè)壁172環(huán)繞。接線柱170可與底部部分110中的可移動(dòng)板140對(duì)準(zhǔn)。可基于可調(diào)諧MEMS共振器100的所要共振頻率來選擇腔180的尺寸。頂部部分160的底部表面可由金屬層190覆蓋?？稍谇?80的一部分中在導(dǎo)線122的一端上方于金屬層130中形成開口 142。來自腔180的RF能量可經(jīng)由開口 142耦合到線122。可將線122上的RF信號(hào)提供給可調(diào)諧 MEMS共振器100連接到的其它電路組件。可調(diào)諧MEMS共振器100操作如下。如圖2中所展示，在正常操作期間可將頂部部分160配合到底部部分110。腔180涂覆有金屬，且能量在所述腔內(nèi)部被捕獲。因?yàn)榍?80具有低損耗，所以能量緩慢地衰減。腔180內(nèi)的共振頻率可由腔的尺寸決定?？勺冸娙萜?可變電抗器)192可形成于接線柱170的底部與可移動(dòng)板140之間。 可通過改變可變電抗器192的電容來調(diào)整或調(diào)諧可調(diào)諧MEMS共振器100的共振頻率?？蓪C電壓施加到襯底120上的電極134，以致使可移動(dòng)板140從其展示于圖1及圖2中的正常靜止位置向下移動(dòng)。較大DC電壓可致使板140進(jìn)一步朝電極134向下移動(dòng)，這可接著導(dǎo)致可變電抗器192的較小電容且因此導(dǎo)致MEMS共振器100的較高共振頻率。相反地，較小DC電壓(例如，零伏)可致使板140接近其靜止位置，這可接著導(dǎo)致可變電抗器192的較大電容且因此導(dǎo)致MEMS共振器100的較低共振頻率?？梢愿鞣N方式控制可調(diào)諧MEMS共振器100的共振頻率?？蛇x擇腔180的寬度a、 長(zhǎng)度b及高度h以獲得所要共振頻率。表1展示可調(diào)諧MEMS共振器100的兩種示范性設(shè)計(jì)，其中尺寸是以毫米(mm)為單位來給出，且共振頻率是以兆赫(MHz)為單位來給出?？赏ㄟ^腔180的其它尺寸獲得其它共振頻率及Q。表 權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)MEMS共振器，其包含第一部分，其包含腔及接線柱；及第二部分，其配合到所述第一部分且包含位于所述接線柱下方的可移動(dòng)板，所述可移動(dòng)板通過DC電壓而機(jī)械地移動(dòng)以改變所述MEMS共振器的共振頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述第二部分進(jìn)一步包含電極，所述電極形成于所述可移動(dòng)板下方且被施加有所述DC電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述腔具有矩形形狀，且由形成于所述第一部分中的四個(gè)側(cè)壁環(huán)繞。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS共振器，所述四個(gè)側(cè)壁具有修圓角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述腔具有環(huán)形形狀，且由形成于所述第一部分中的環(huán)形側(cè)壁環(huán)繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述腔具有任意形狀的輪廓，且由形成于所述第一部分中的任意形狀的輪廓的壁環(huán)繞。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述腔填充有電介質(zhì)材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述接線柱位于所述腔的中間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述接線柱具有具修圓角的矩形形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述接線柱具有環(huán)形形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述接線柱具有任意輪廓形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述第一部分進(jìn)一步包含形成于所述腔內(nèi)的至少一個(gè)額外接線柱。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述可移動(dòng)板經(jīng)由錨定器附接到所述第二部分且操作為懸臂。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述可移動(dòng)板經(jīng)由第一及第二錨定器附接到所述第二部分且操作為橋接器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述第二部分進(jìn)一步包含位于所述接線柱下方的至少一個(gè)額外可移動(dòng)板，每一額外可移動(dòng)板通過相應(yīng)的DC電壓而機(jī)械地移動(dòng)，以改變所述MEMS共振器的所述共振頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述第二部分包含襯底，電介質(zhì)層，其形成于所述襯底的全部或部分上方，及金屬層，其形成于所述電介質(zhì)層的全部或部分上方。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS共振器，所述第一部分由面向所述第二部分的表面上的第一金屬層覆蓋，且所述第二部分由面向所述第一部分的表面上的第二金屬層覆蓋。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的MEMS共振器，所述第一部分包含電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層在所述接線柱與所述可移動(dòng)板之間于所述第一金屬層上方形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的MEMS共振器，所述第一部分包含至少一個(gè)電介質(zhì)間隔物， 所述至少一個(gè)電介質(zhì)間隔物形成于所述可移動(dòng)板的至少一側(cè)上，且用以防止所述可移動(dòng)板接觸所述第一部分中的所述第一金屬層。
20.一種設(shè)備，其包含用以接收輸入信號(hào)且提供輸出信號(hào)的濾波器，所述濾波器包含至少一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng) MEMS共振器，每一MEMS共振器具有用于調(diào)整所述MEMS共振器的共振頻率的可移動(dòng)板，所述濾波器具有基于每一 MEMS共振器的所述共振頻率而確定的可調(diào)諧頻率響應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，每一MEMS共振器包含第一部分，其包含腔及接線柱，及第二部分，其配合到所述第一部分且包含位于所述接線柱下方的可移動(dòng)板，所述可移動(dòng)板通過DC電壓而機(jī)械地移動(dòng)，以改變所述MEMS共振器的所述共振頻率。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，所述濾波器包含經(jīng)由共振器間耦合而耦合在一起的多個(gè)MEMS共振器。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，所述設(shè)備為無線通信裝置，且所述濾波器用于所述無線通信裝置的發(fā)射器或接收器中以傳遞所要信號(hào)且使不合需要的信號(hào)及噪聲衰減。
24.一種設(shè)備，其包含振蕩器，其包含放大器，其用以提供對(duì)振蕩器信號(hào)的放大，及耦合到所述放大器的至少一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)MEMS共振器，每一 MEMS共振器具有用于調(diào)整所述MEMS共振器的共振頻率的可移動(dòng)板，所述振蕩器具有基于每一 MEMS共振器的所述共振頻率而確定的可調(diào)諧振蕩頻率。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，所述放大器包含提供對(duì)所述振蕩器信號(hào)的非反相信號(hào)的放大的第一晶體管及提供對(duì)所述振蕩器信號(hào)的反相信號(hào)的放大的第二晶體管，且所述至少一個(gè)MEMS共振器包含耦合到所述第一晶體管的第一 MEMS共振器及耦合到所述第二晶體管的第二 MEMS共振器。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，每一MEMS共振器包含第一部分，其包含腔及接線柱，及第二部分，其配合到所述第一部分且包含位于所述接線柱下方的可移動(dòng)板，所述可移動(dòng)板通過DC電壓而機(jī)械地移動(dòng)，以改變所述MEMS共振器的所述共振頻率。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，所述設(shè)備為無線通信裝置，且所述振蕩器信號(hào)用以產(chǎn)生用于所述無線通信裝置中的發(fā)射器或接收器的本機(jī)振蕩器LO信號(hào)。
28.一種方法，其包含將DC電壓施加到微機(jī)電系統(tǒng)MEMS共振器的電極，所述MEMS共振器包含可移動(dòng)板及腔；改變所述DC電壓以使所述MEMS共振器的所述可移動(dòng)板機(jī)械地移動(dòng)且改變所述MEMS 共振器的共振頻率；及從所述MEMS共振器的所述腔接收射頻RF信號(hào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，所述改變所述DC電壓包含將所述DC電壓設(shè)定為用以獲得所述MEMS共振器的最大共振頻率的第一值，或用以獲得所述MEMS共振器的最小共振頻率的第二值。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，所述改變所述DC電壓包含將所述DC電壓調(diào)整到在第一值與第二值之間的值，所述第一值對(duì)應(yīng)于所述MEMS共振器的最大共振頻率，且所述第二值對(duì)應(yīng)于所述MEMS共振器的最小共振頻率。
全文摘要
本發(fā)明描述具有可調(diào)整共振頻率且能夠處置較大信號(hào)的可調(diào)諧MEMS共振器。在一種示范性設(shè)計(jì)中，可調(diào)諧MEMS共振器包括(i)第一部分(160)，其具有腔(180)及接線柱(170)；及(ii)第二部分(110)，其配合到所述第一部分(160)且包括位于所述接線柱(170)下方的可移動(dòng)板(140)。每一部分可由面向另一部分的表面上的金屬層(130、190)覆蓋。所述可移動(dòng)板(140)可通過DC電壓而機(jī)械地移動(dòng)以改變所述MEMS共振器的共振頻率。所述腔(180)可具有矩形或環(huán)形形狀，且可為空的或填充有電介質(zhì)材料。所述接線柱(170)可位于所述腔(180)的中間。所述可移動(dòng)板(140)可(i)經(jīng)由錨定器(144)附接到所述第二部分且操作為懸臂，或(ii)經(jīng)由兩個(gè)錨定器(146、148)附接到所述第二部分且操作為橋接器。
文檔編號(hào)H03H9/46GK102460968SQ201080027460
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者樸尚俊 申請(qǐng)人:高通股份有限公司