盘结构电容式mems谐振器相关性能研究

《盘结构电容式mems谐振器相关性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文题目:盘盘结构电电容式MEMS谐振器器相关性性能研究究研究生俞权权专业微电电子学与与固体电子子学指导教师董董林玺教教授完成日期2015年3月杭州电子科技大学硕士学位论文盘结构电容式MEMS谐振器相关性能研究研究生：俞权指导教师：董林玺教授2015年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterTheResearchofRelatedPerformanceofMEMSCapacitiveDiskResonatorCandidate:YuquanSupe

2、rvisor:ProfessorDongLinxiMarch，2015杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明，，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取本人郑重声明：所呈交的学位论文，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰得的成果。除文中己经注明引用的内容外，均己在文中Ｗ明确方式标写过的作品或成巧。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体一巧。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。曰期：月／户曰论文作者签名：＞皆年／学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文

3、的规定，即：研巧生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后’发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复＾，可文允许采用影印、；印件，允许查阅和借阅论文学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容（）缩印或其它复制手段保存论文。保密论文在解密后遵守此规定：论文作者签名：Ｈ期户ｉＴ年月日＾■日期：＇年月曰指导教师签名户５／讀識滲＾ｐ杭州电子科技大学硕士学位论文摘要微机电系统(MEMS)由于具有体积小、集成度高以及与IC工艺兼容性好等优点，因而广泛应用于汽车导航、

4、生物医学以及军事领域等。在众多MEMS器件中，电容式圆盘谐振器由于具有功耗低、谐振频率高、Q值高等优势，已逐步取代传统石英晶体基准并广泛应用于振荡器、滤波器等无线通信系统中。据此，本文对电容式圆盘谐振器进行了系统的研究。第1章阐述了研究的目的和意义。首先介绍了MEMS的基本系统组成、主要特点以及发展状况；然后简要说明了MEMS的制造工艺；接着介绍了MEMS的应用以及相关产品；再者，针对研究的MEMS圆盘谐振器，介绍了几种常见的谐振器；最后简单说明了文章所需分析的内容与安排。第2章研究了MEMS圆盘谐振器的基本原理。首先介绍了圆盘谐振器的基本运行原理；然

5、后重点分析了圆盘谐振器的主要参数：谐振频率、有效质量、运动电阻、品质因数、输出电流以及功率处理能力等；最后，分析了圆盘谐振器的等效电子电路以及静电弹簧软化效应。第3章研究了强惯性冲击下MEMS圆盘谐振器的可靠性。首先对双端支撑的圆盘谐振器的结构进行了简要分析；然后对圆盘谐振器分别受到阶跃加速度和脉冲加速度下的可靠性进行了理论分析；最后，通过文献中的特定圆盘尺寸，得出了不同偏置电压下圆盘所能承受的最大惯性加速度；结果表明，当外界阶跃冲击为13000g时，谐振器可靠性降低为原来的75%；而当圆盘受到脉冲冲击时，若脉冲宽度与幅度乘积为10000μm/s，圆盘

6、的可靠性降为原来的85%。第4章研究了形变对圆盘谐振器的电气刚度影响。重点研究了圆盘分别受到径向静电力、纵向惯性力时的形变量，并以此分析电气刚度的改变量；研究结果表明：当圆盘受到径向静电力时，若间隙降为50nm且电压达到50V，径向形变量可以达到间隙的2.05%，电气刚度改变6.15%；当圆盘受到纵向惯性力时，若圆盘的半径为100μm且惯性加速度为10000g，其最大形变量可以达到圆盘厚度的2.4%，电气刚度改变2.4%。第5章研究了DRIE工艺下的倾斜效应对MEMS圆盘谐振器的影响。首先分析了DRIE工艺下的倾斜效应形成原理；其次分析了倾斜效应对圆盘

7、谐振器的电容量、静电力、电气刚度、运动电阻和输出电流的影响，并进行了相应的ANSYSo仿真；结果表明，当倾斜角度为0.1时，实际电容量、静电力、电气刚度和输出电流减小为原来的0.76、0.6、0.47和0.32，而运动电阻变为原来的3.15I杭州电子科技大学硕士学位论文倍；最后，分别计算了倾斜效应对单个圆盘以及圆盘阵列谐振频率的影响，得到o了静电调谐所需的最优调谐电压；结果表明，当倾斜角度为=0.3时，其最优调谐电压能达到450V；而要使运动电阻降到50Ω，阵列耦合的圆盘个数要达到715个，调谐电压高达469V。第6章总结了全文的研究成果并分析了

8、论文中的不足，并且对后续工作进行了展望。关键词：MEMS圆盘谐振器；可靠性；电气刚度；DRIE