微蒸發(fā)器、振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及其頻率修正方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種微蒸發(fā)器、振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及其頻率修正方法，包括：微蒸發(fā)臺(tái)、錨點(diǎn)、支撐梁及金屬電極；微蒸發(fā)臺(tái)的一面為蒸發(fā)面；錨點(diǎn)位于微蒸發(fā)臺(tái)的兩側(cè)，且與微蒸發(fā)臺(tái)相隔一定的間距；支撐梁位于微蒸發(fā)臺(tái)與錨點(diǎn)之間，一端與微蒸發(fā)臺(tái)相連接，另一端與錨點(diǎn)相連接；支撐梁的尺寸滿足如下關(guān)系式；金屬電極位于錨點(diǎn)的第一表面。微蒸發(fā)臺(tái)通過支撐梁與表面形成有金屬電極的錨點(diǎn)相連接，通過調(diào)整設(shè)定支撐梁的尺寸，使得支撐梁的熱容量小、散熱少的特性，又微蒸發(fā)臺(tái)及支撐梁的尺寸較小，只需在金屬電極表面施加很小的功率即可以使得微蒸發(fā)臺(tái)達(dá)到所需的蒸發(fā)溫度，同時(shí)由于支撐梁的絕熱作用，錨點(diǎn)處的溫度升溫較小，不會(huì)對(duì)器件的穩(wěn)定性造成影響。

Micro evaporator and oscillator integrated micro evaporator structure and frequency correction method thereof

The present invention provides a micro evaporator, oscillator integrated micro evaporator structure and frequency correction method, including: Micro evaporation Taiwan, anchor, supporting beam and metal electrode; micro evaporation Taiwan side Fluiddynamics; anchor on both sides of Taiwan in micro evaporation, and micro evaporation Taiwan a certain distance; the support beam is positioned between the micro evaporation station and the anchor end and micro evaporation are connected, the other end is connected with the anchor; support beam sizes to meet the following relation; the first surface of the metal electrode on the anchor. Micro evaporation station through the supporting beam and the metal electrode is formed on the surface of the anchor is connected with the support beam size by adjusting the set, so that the support beam heat capacity is small, less heat dissipation characteristics, small size and micro evaporation platform and the supporting beam, only by little power on the surface of metal electrode that can make the evaporation the temperature needed for the micro evaporation Taiwan reached, at the same time because of the support effect of adiabatic beam, anchor at temperature is small, influence the stability of the device.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于傳感
，特別涉及一種微蒸發(fā)器、振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及其頻率修正方法。
技術(shù)介紹
振蕩器是數(shù)字電子系統(tǒng)中提供時(shí)鐘頻率的基本元件,幾乎在所有電子系統(tǒng)中均需使用。在現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中，由于頻率資源有限而用戶眾多，對(duì)振蕩器頻率的準(zhǔn)確性提出了極高要求。GSM手機(jī)要求振蕩器的頻率準(zhǔn)確性在±2.5ppm以內(nèi)，而移動(dòng)基站要求振蕩器的穩(wěn)定性在±0.05ppm以內(nèi)。長(zhǎng)期以來，石英晶體諧振器一直是電子系統(tǒng)中提供時(shí)鐘頻率信號(hào)的主要元件，其性能穩(wěn)定，溫度特性好。但是，石英振蕩器難以集成，受機(jī)械加工手段限制難以制作高頻振蕩器，并且抗震性能較差，難以滿足未來移動(dòng)智能設(shè)備的需求。硅基振蕩器是采用微機(jī)電技術(shù)(MEMS)技術(shù)制作的新一代振蕩器，其諧振特性優(yōu)異，便于與集成電路集成，可實(shí)現(xiàn)GHz量級(jí)的振蕩頻率輸出，并且可耐受高沖擊環(huán)境。振蕩器必須解決的一個(gè)主要問題是，MEMS加工的離散性要顯著大于傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)，造成MEMS振蕩器頻率的離散性大。傳統(tǒng)毫米量級(jí)的石英晶體振蕩器，其加工精度可達(dá)微米量級(jí)，并且石英振蕩器可在大氣下工作，在加工完成后通過測(cè)試和蒸發(fā)修正等工藝校準(zhǔn)頻率，可實(shí)現(xiàn)極高的頻率準(zhǔn)確性。而振蕩器采用圓片級(jí)加工工藝制作。所謂圓片級(jí)制造工藝是指一個(gè)硅圓片上有幾百、幾千甚至幾萬個(gè)芯片單元，每個(gè)芯片單元都是獨(dú)立的元器件，圓片上所有芯片單元是同時(shí)加工的。任何制造工藝在一個(gè)圓片上均存在工藝離散性，氧化、擴(kuò)散等工藝的離散性較小，濺射等工藝的離散性接近5％，而刻蝕的離散性更大。MEMS振蕩器的特征尺寸在微米量級(jí)，工藝離散性一般在亞微米量級(jí)，造成制造完成的振蕩器的頻率離散性顯著大于傳統(tǒng)工藝制造的石英晶體振蕩器。通過對(duì)諧振單元作可制造性設(shè)計(jì)，可以將振蕩器的頻率離散性降低到102ppm量級(jí)，但與石英振蕩器ppm量級(jí)的頻率離散性相比仍有極大的差距。振蕩器的目標(biāo)共振頻率為f0±δf，其中f0為滿足應(yīng)用需求的固定頻率值，δf為應(yīng)用允許的頻率偏差量。一般應(yīng)用中允許的δf/f0在10-5～10-6量級(jí)；而實(shí)際制作得到的硅MEMS振蕩器共振頻率存在較大離散性，振蕩器共振頻率fi與f0的偏差一般遠(yuǎn)大于δf。傳統(tǒng)石英振蕩器是利用蒸發(fā)或?yàn)R射工藝在石英諧振單元表面制作一薄層金屬層，從而改變諧振單元的質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)的。由于振蕩器一般需要在真空中工作，制造完成的振蕩器一般已通過圓片級(jí)封裝工藝實(shí)現(xiàn)了真空封裝，傳統(tǒng)方法難以對(duì)封裝在真空腔內(nèi)的諧振單元作結(jié)構(gòu)的微調(diào)，因此無法采用傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)振蕩器的頻率校準(zhǔn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種微蒸發(fā)器、振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及其頻率修正方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的振蕩器的頻率離散性較高的問題，以及由于振蕩器通過圓片級(jí)封裝工藝實(shí)現(xiàn)了真空封裝，難以對(duì)封裝在真空腔內(nèi)的諧振單元作結(jié)構(gòu)的微調(diào)，無法實(shí)現(xiàn)振蕩器的頻率校準(zhǔn)的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種微蒸發(fā)器，所述微蒸發(fā)器包括：微蒸發(fā)臺(tái)、錨點(diǎn)、支撐梁及金屬電極；其中，所述微蒸發(fā)臺(tái)的一面為蒸發(fā)面；所述錨點(diǎn)位于所述微蒸發(fā)臺(tái)的兩側(cè)，且與所述微蒸發(fā)臺(tái)相隔一定的間距；所述支撐梁位于所述微蒸發(fā)臺(tái)與所述錨點(diǎn)之間，一端與所述微蒸發(fā)臺(tái)相連接，另一端與所述錨點(diǎn)相連接；所述支撐梁的尺寸滿足如下關(guān)系式：其中，b、h、L分別為所述支撐梁的寬度、厚度及長(zhǎng)度，T為工作時(shí)所述微蒸發(fā)臺(tái)所需的蒸發(fā)溫度，P為工作時(shí)所述金屬電極上需要施加的功率，k為所述支撐梁的導(dǎo)熱率，Ta為所述錨點(diǎn)處的溫度；所述金屬電極位于所述錨點(diǎn)的第一表面。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)臺(tái)的材料在低于其熔點(diǎn)時(shí)的飽和蒸汽壓大于10-6乇。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)臺(tái)、所述錨點(diǎn)及所述支撐梁的材料均為均質(zhì)的硅或鍺。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)器還包括蒸發(fā)料，所述蒸發(fā)料位于所述微蒸發(fā)臺(tái)的蒸發(fā)面。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述蒸發(fā)料在飽和蒸汽壓大于10-6乇的溫度低于所述微蒸發(fā)臺(tái)的熔點(diǎn)。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述蒸發(fā)料為鋁、鍺、金或半導(dǎo)體材料。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)器還包括阻擋層，所述阻擋層位于所述蒸發(fā)料與所述微蒸發(fā)臺(tái)的蒸發(fā)面之間。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述阻擋層的材料為低應(yīng)力氮化硅、氧化硅或TiW/W復(fù)合金屬。作為本專利技術(shù)的微蒸發(fā)器的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)器還包括絕緣層及襯底，所述絕緣層位于所述錨點(diǎn)的第二表面，且所述錨點(diǎn)通過所述絕緣層固連于所述襯底的表面。本專利技術(shù)還提供一種振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，所述振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)包括上述任一方案中所述的微蒸發(fā)器及振蕩器；所述微蒸發(fā)器與所述振蕩器共同密封于同一真空腔內(nèi)，所述微蒸發(fā)器與所述振蕩器上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，且所述微蒸發(fā)器中微蒸發(fā)臺(tái)的蒸發(fā)面朝向所述振蕩器。作為本專利技術(shù)的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)器的蒸發(fā)面與所述振蕩器的表面相隔一定的間距。作為本專利技術(shù)的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)器的蒸發(fā)面與所述振蕩器的表面相隔的間距為2μm～50μm。作為本專利技術(shù)的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述微蒸發(fā)器與所述振蕩器通過表面微機(jī)械加工工藝、圓片級(jí)鍵合工藝、芯片與圓片鍵合工藝或芯片級(jí)鍵合工藝集成密封于同一真空腔內(nèi)。本專利技術(shù)還提供一種振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的頻率修正方法，所述振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的頻率修正方法包括以下步驟：1)量測(cè)所述振蕩器的共振頻率，并將量測(cè)的所述共振頻率與目標(biāo)共振頻率進(jìn)行比對(duì)；2)依據(jù)量測(cè)的所述共振頻率與目標(biāo)共振頻率的比對(duì)結(jié)果得到所述微蒸發(fā)器所需的蒸發(fā)質(zhì)量；3)在所述微蒸發(fā)器兩端的所述第一金屬電極上施加電壓或電流，使所述微蒸發(fā)器蒸發(fā)所需的蒸發(fā)質(zhì)量；4)去除施加在所述第一金屬電極上施加的電壓或電流，再次量測(cè)所述振蕩器的共振頻率，并將量測(cè)的所述共振頻率與目標(biāo)共振頻率進(jìn)行比對(duì)。作為本專利技術(shù)的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的頻率修正方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)之后，還包括重復(fù)步驟2)至步驟4)，直至量測(cè)的所述共振頻率與目標(biāo)共振頻率相同的步驟。本專利技術(shù)的一種微蒸發(fā)器、振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及其頻率修正方法具有以下有益效果：所述微蒸發(fā)臺(tái)通過支撐梁與表面形成有金屬電極的錨點(diǎn)相連接，通過調(diào)整設(shè)定所述支撐梁的尺寸，使得所述支撐梁的熱容量小、散熱少的特性，又所述微蒸發(fā)臺(tái)及所述支撐梁的尺寸較小，只需在所述金屬電極表面施加很小的功率即可以使得所述微蒸發(fā)臺(tái)達(dá)到所需的蒸發(fā)溫度，同時(shí)由于所述支撐梁的絕熱作用，所述錨點(diǎn)處的溫度升溫較小，不會(huì)對(duì)器件的穩(wěn)定性造成影響；通過將振蕩器與微蒸發(fā)器集成于同一真空腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)振蕩器頻率的調(diào)節(jié)與修正，可以提高振蕩器的頻率的準(zhǔn)確性，達(dá)到了應(yīng)用要求。附圖說明圖1顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例一中提供的微蒸發(fā)器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2至圖3顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例二中提供的微蒸發(fā)器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例三中提供的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例四中提供的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖6顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例五中提供的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖7顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例六中提供的振蕩器集成微蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例七中提供的振蕩本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種微蒸發(fā)器，其特征在于，所述微蒸發(fā)器包括：微蒸發(fā)臺(tái)、錨點(diǎn)、支撐梁及金屬電極；其中，所述微蒸發(fā)臺(tái)的一面為蒸發(fā)面；所述錨點(diǎn)位于所述微蒸發(fā)臺(tái)的兩側(cè)，且與所述微蒸發(fā)臺(tái)相隔一定的間距；所述支撐梁位于所述微蒸發(fā)臺(tái)與所述錨點(diǎn)之間，一端與所述微蒸發(fā)臺(tái)相連接，另一端與所述錨點(diǎn)相連接；所述支撐梁的尺寸滿足如下關(guān)系式：T=PL2kbh+Ta]]>其中，b、h、L分別為所述支撐梁的寬度、厚度及長(zhǎng)度，T為工作時(shí)所述微蒸發(fā)臺(tái)所需的蒸發(fā)溫度，P為工作時(shí)所述金屬電極上需要施加的功率，k為所述支撐梁的導(dǎo)熱率，Ta為所述錨點(diǎn)處的溫度；所述金屬電極位于所述錨點(diǎn)的第一表面。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種微蒸發(fā)器，其特征在于，所述微蒸發(fā)器包括：微蒸發(fā)臺(tái)、錨點(diǎn)、支撐梁及金屬電極；其中，所述微蒸發(fā)臺(tái)的一面為蒸發(fā)面；所述錨點(diǎn)位于所述微蒸發(fā)臺(tái)的兩側(cè)，且與所述微蒸發(fā)臺(tái)相隔一定的間距；所述支撐梁位于所述微蒸發(fā)臺(tái)與所述錨點(diǎn)之間，一端與所述微蒸發(fā)臺(tái)相連接，另一端與所述錨點(diǎn)相連接；所述支撐梁的尺寸滿足如下關(guān)系式：T=PL2kbh+Ta]]>其中，b、h、L分別為所述支撐梁的寬度、厚度及長(zhǎng)度，T為工作時(shí)所述微蒸發(fā)臺(tái)所需的蒸發(fā)溫度，P為工作時(shí)所述金屬電極上需要施加的功率，k為所述支撐梁的導(dǎo)熱率，Ta為所述錨點(diǎn)處的溫度；所述金屬電極位于所述錨點(diǎn)的第一表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述微蒸發(fā)臺(tái)的材料在低于其熔點(diǎn)時(shí)的飽和蒸汽壓大于10-6乇。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述微蒸發(fā)臺(tái)、所述錨點(diǎn)及所述支撐梁的材料均為均質(zhì)的硅或鍺。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述微蒸發(fā)器還包括蒸發(fā)料，所述蒸發(fā)料位于所述微蒸發(fā)臺(tái)的蒸發(fā)面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述蒸發(fā)料在飽和蒸汽壓大于10-6乇的溫度低于所述微蒸發(fā)臺(tái)的熔點(diǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述蒸發(fā)料為鋁、鍺、金或半導(dǎo)體材料。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述微蒸發(fā)器還包括阻擋層，所述阻擋層位于所述蒸發(fā)料與所述微蒸發(fā)臺(tái)的蒸發(fā)面之間。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述阻擋層的材料為低應(yīng)力氮化硅、氧化硅或TiW/W復(fù)合金屬。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的微蒸發(fā)器，其特征在于：所述微蒸發(fā)器還包括絕緣層及襯底，所述絕緣層位于所述錨點(diǎn)的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊恒，游衛(wèi)龍，張磊，王小飛，李昕欣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31