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用于频率控制的MEMS技术 现在有广泛的MEMS技术能够获得芯片上的微观机械结构,每一种不仅可以通过使用的起始或结构材料

作者:物规硬核说

用于频率控制的 MEMS 技术

现在有广泛的MEMS技术能够获得芯片上的微观机械结构,每一种不仅可以通过使用的起始或结构材料的类型(如硅、碳化硅、玻璃、塑料等)来区分,但也通过微加工的方法(例如,表面、体积、三维(三维)生长等),以及通过应用空间(如光学MEMS、生物MEMS等)。

对于目前对定时和便携式通信的关注,适合于低电容合并微机械结构和集成晶体管电路的MEMS技术是非常值得关注的。

为此,给出了描述以模块化方式直接在硅CMOS电路上完成的多晶硅表面微加工过程的关键横截面,其中晶体管和MEMS部分的工艺步骤是分开的,在不同的模块中。

该过程需要使用在CMOS铸造厂中已经发现的相同设备,在已完成的CMOS电路上沉积和成型薄膜,直到达到所示的横截面。在这里,结构多晶硅层在其自身的沉积和图案化过程中暂时被牺牲氧化物膜支撑。

在达到截面后,将整个晶片浸入各向同性蚀刻剂中,在这种情况下是氢氟酸,它只攻击氧化物牺牲层,将其去除,使结构多晶硅层完整并自由移动。

一个手表定时振荡器的扫描电镜,它结合了一个16khz折叠束微机械谐振器和Q50,000和维持CMOS晶体管电路,但以钨作为金属互连,以适应625◦C结构多晶硅沉积温度。

虽然使用钨金属化代替更传统的铜和铝阻止了过程的广泛使用,这种模块化过程的其他变体现在已经被证明允许更传统的CMOS金属。

集成的微机械电路

mems启用的集成密度有可能改变范式,目前限制了当今时间或频率控制功能设计中允许的高q组件的数量,而允许使用数百、数千(或更多)的高q元素,其大小或成本损失可以忽略不计。

特别是,MEMS技术的属性和成分实现微机械电路技术,可以达到大规模集成(LSI),甚至非常大规模集成(VLSI),比例,同样的集成电路(IC)晶体管所做了在近几十年来,和潜力的进步能力机械领域实现巨大的通过IC革命。

与单个晶体管一样,独立振动的微机械元件的功能有限。为了扩大它们的功能范围,微机械元件(如晶体管)需要组合成更复杂的电路,以实现更好地适应特定目的的功能(例如,频率滤波、生成或平移)。

考虑到允许晶体管组合成大电路的特性本质上是它们的大增益,因此,机械元件可以通过利用它们的大Q来组合成同样大的电路。

作为一个简单的例子,晶体管元件可以以长链进行级联,因为它们的增益补偿了噪声和其他损失,否则在信号沿链向下移动时会使信号退化。

另一方面,机械元件可以级联成长链,因为它们的损失极低——适合其高Q。本质上,如果一个元件有丰富的一些参数(即增益,Q,...),那么这通常可以用来构建该元件的电路。

然而,请注意,微机械电路技术所需的成分远远不仅仅是小尺寸。例如,压电FBARs 已经成为一个成功的大量产品在无线手机领域,虽然小,也许不适合电路设计,因为他们的频率几乎完全由厚度,这不是一个参数,可以指定通过计算机辅助设计(CAD)布局。

考虑到仪器CAD对VLSI晶体管集成电路设计的成功,人们认为CAD的适用性对微机械集成IC同样重要。在这方面,微机械电路设计环境中的谐振器和其他元件应该具有频率或其他特征,可由CAD容易确定的横向尺寸来定义。

具有上述属性的机械电路技术可能使滤波器组能够在射频上选择通道(而不是仅仅是波段);振荡器使用多个高q谐振器来获得改进的长期和短期稳定性;具有烤箱控制温度稳定性的振荡器,但只消耗毫瓦功率;无线手机的超低功率完全机械射频前端;所有这些都是在一个硅芯片上实现的。

文献参考:[1] 浅析超精密微机械制造技术研究进展[J]. 王冠明.中国设备工程,2021(11)

[2] 微机械及其特性[J]. 李栓庆.半导体情报,1997(02)

[3] 快速成型技术在集成制造及微机械制造中的应用[J]. 张钧.装备制造技术,2014(01)

[4] 从分子密封学角度构思超微机械的密封装置[J]. 潘仁度.润滑与密封,2004(01)

[5] 宏观机械设计原理在微机械中可行吗?[J]. 李路明.光机电信息,1996(04)

[6] 微机械的制造、应用和发展[J]. 谢国章.中国机械工程,1994(03)

[7] MEMS微机械结构受冲击力学分析[J]. 高成;王怡豪;傅成城;黄姣英;王长鑫.传感器与微系统,2020(09)

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用于频率控制的MEMS技术 现在有广泛的MEMS技术能够获得芯片上的微观机械结构,每一种不仅可以通过使用的起始或结构材料
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