專(zhuān)利名稱(chēng)：靜電激勵(lì)諧振器電容拾振結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是基于雙端激勵(lì)/雙端檢測(cè)的原理設(shè)計(jì)一種對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的電容拾 振結(jié)構(gòu)，屬于微機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微型電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-elec加mechanical System, MEMS)/納機(jī)電系統(tǒng) (Nano-electro mechanical System, NEMS)諧振器的振動(dòng)檢測(cè)一直是MEMS領(lǐng)域研 究的重點(diǎn)。靜電激勵(lì)電容拾振的MEMS/NEMS諧振器是一種常用的諧振器，分 為單端器件和雙端器件。在MEMS領(lǐng)域，電容拾振屬于微弱信號(hào)檢測(cè),所以 MEMS器件中存在的雜散耦合電容所引入的噪聲會(huì)影響檢測(cè)信號(hào)的信噪比，甚 至?xí)?dǎo)致檢測(cè)失敗，當(dāng)器件尺寸小到納米尺寸時(shí)，NEMS器件的電容更小，在 10^F左右，此時(shí)噪聲的影響會(huì)更加嚴(yán)重。雙端器件由于耦合電容導(dǎo)致輸入端與 輸出端之間的饋通效應(yīng)是一種噪聲源，因此需要通過(guò)合適的檢測(cè)結(jié)構(gòu)來(lái)盡可能地 減少噪聲的產(chǎn)生，提高電容拾振的信噪比。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種靜電激勵(lì)諧振器電容拾振結(jié)構(gòu)，抑制靜電激勵(lì)電容拾振MEMS/NEMS諧振器中雙端器件由于輸入端與輸出端之間的 耦合電容引起的饋通，提高輸出信號(hào)的信噪比。技術(shù)方案本發(fā)明的靜電激勵(lì)諧振器電容拾振結(jié)構(gòu)在諧振梁的上下方各設(shè) 計(jì)了三個(gè)電極，其中在諧振梁的上方中間為第一檢測(cè)電極，兩側(cè)分別為第一驅(qū)動(dòng) 電極；在諧振梁的下方中間為第二驅(qū)動(dòng)電極，兩側(cè)分別為第二檢測(cè)電極；諧振梁 分別與諧振梁上下方的各電極垂直交叉設(shè)置，諧振梁、第一檢測(cè)電極、第一驅(qū)動(dòng) 電極的兩端都位于基片上的絕緣層上，第二驅(qū)動(dòng)電極、第二檢測(cè)電極的兩端都位 于基片與絕緣層之間。
在第二驅(qū)動(dòng)電極和第一驅(qū)動(dòng)電極上加載相位相差180。的驅(qū)動(dòng)電壓，激勵(lì)諧 振梁振動(dòng)。由于對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，兩側(cè)輸入端與輸出端之間的耦合電容相同，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電壓在 輸出端產(chǎn)生了幅度相同相位相反的的噪聲信號(hào)，從而達(dá)到了相互抵消的效果，消 除了饋通效應(yīng)。同時(shí)合理設(shè)計(jì)上下方的檢測(cè)電極，減小有效信號(hào)相互削弱的影響。有益效果本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，能有效地抑制輸入端與輸出端之 間的饋通效應(yīng)。普通的雙端器件由于輸入端與輸出端之間存在耦合電容，在輸入 端上加載驅(qū)動(dòng)電壓的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)通過(guò)耦合電容在輸出端輸出一個(gè)不隨諧振 梁振動(dòng)變化的噪聲信號(hào)，在MEMS領(lǐng)域由于有效信號(hào)極其微弱，噪聲信號(hào)的存 在可能導(dǎo)致有效信號(hào)不能被檢測(cè)。本發(fā)明同時(shí)在諧振梁上下方設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極，在上下方加載相位相差180°的驅(qū)動(dòng)電壓，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓在輸出端產(chǎn)生 兩個(gè)相位相差180°的噪聲信號(hào)。由于對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，在兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電壓幅度和耦合電容相同，因此輸出端產(chǎn)生的噪聲信號(hào)的幅度相同，從而達(dá)到了相互抵消的效果， 抑制了饋通效應(yīng)。


圖l是對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的新型電容拾振結(jié)構(gòu)圖，圖2是對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的新型電容拾振結(jié)構(gòu)A-A面的剖視圖， 圖3是對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的新型電容拾振結(jié)構(gòu)的B-B面的剖視圖。 圖中包括第一檢測(cè)電極l，第二驅(qū)動(dòng)電極2，第一驅(qū)動(dòng)電極3，第二檢測(cè) 電極4，諧振梁5,絕緣層6、基片7。具體實(shí)施方案本發(fā)明的靜電激勵(lì)諧振器電容拾振結(jié)構(gòu)在諧振梁5的上下方各設(shè)計(jì)了三個(gè) 電極，其中在諧振梁5的上方中間為第一檢測(cè)電極1，兩側(cè)分別為第一驅(qū)動(dòng)電極 3;在諧振梁5的下方中間為第二驅(qū)動(dòng)電極2，兩側(cè)分別為第二檢測(cè)電極4;諧振 梁5分別與諧振梁5上下方的各電極垂直交叉設(shè)置，諧振梁5、第一檢測(cè)電極1、 第一驅(qū)動(dòng)電極3的兩端都位于基片7上的絕緣層6上，第二驅(qū)動(dòng)電極2、第二檢 測(cè)電極4的兩端都位于基片7與絕緣層6之間。在第二驅(qū)動(dòng)電極2和第一驅(qū)動(dòng)電 極3上加載相位相差180°的驅(qū)動(dòng)電壓，激勵(lì)諧振梁5振動(dòng)。
由于對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，上方第一驅(qū)動(dòng)電極3和第一檢測(cè)電極1之間的耦合電容與下 方第二檢測(cè)電極4和第二驅(qū)動(dòng)電極2之間的耦合電容相等，上方的第一驅(qū)動(dòng)電極 3通過(guò)耦合電容在第一檢測(cè)電極1上產(chǎn)生的噪聲信號(hào)與下方的第二驅(qū)動(dòng)電極2 通過(guò)耦合電容在第二檢測(cè)電極4上產(chǎn)生的噪聲信號(hào)相互抵消，消除了輸入端與輸 出端之間的饋通。下方第二檢測(cè)電極4要盡可能靠近諧振梁5的兩側(cè)，諧振梁5 振動(dòng)在下方第二檢測(cè)電極4上產(chǎn)生的有效信號(hào)會(huì)遠(yuǎn)小于上方中間第一檢測(cè)電極1 的有效信號(hào)，避免上下方的有效信號(hào)相互抵消從而削弱輸出有效信號(hào)的現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種靜電激勵(lì)諧振器電容拾振結(jié)構(gòu)，其特征在于在諧振梁(5)的上下方各設(shè)計(jì)了三個(gè)電極，其中在諧振梁(5)的上方中間為第一檢測(cè)電極(1)，兩側(cè)分別為第一驅(qū)動(dòng)電極(3)；在諧振梁(5)的下方中間為第二驅(qū)動(dòng)電極(2)，兩側(cè)分別為第二檢測(cè)電極(4)；諧振梁(5)分別與諧振梁(5)上下方的各電極垂直交叉設(shè)置，諧振梁(5)、第一檢測(cè)電極(1)、第一驅(qū)動(dòng)電極(3)的兩端都位于基片(7)上的絕緣層(6)上，第二驅(qū)動(dòng)電極(2)、第二檢測(cè)電極(4)的兩端都位于基片(7)與絕緣層(6)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電激勵(lì)諧振器電容拾振結(jié)構(gòu)，其特征在于在第 二驅(qū)動(dòng)電極(2)和第一驅(qū)動(dòng)電極(3)上加載相位相差180。的驅(qū)動(dòng)電壓，激勵(lì) 諧振梁(5)振動(dòng)。
全文摘要
靜電激勵(lì)諧振器電容拾振結(jié)構(gòu)是基于雙端激勵(lì)/雙端檢測(cè)的原理設(shè)計(jì)一種對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的電容拾振結(jié)構(gòu)，在諧振梁(5)的上下方各設(shè)計(jì)了三個(gè)電極，其中在諧振梁(5)的上方中間為第一檢測(cè)電極(1)，兩側(cè)分別為第一驅(qū)動(dòng)電極(3)；在諧振梁(5)的下方中間為第二驅(qū)動(dòng)電極(2)，兩側(cè)分別為第二檢測(cè)電極(4)；諧振梁(5)分別與諧振梁(5)上下方的各電極垂直交叉設(shè)置，諧振梁(5)、第一檢測(cè)電極(1)、第一驅(qū)動(dòng)電極(3)的兩端都位于基片(7)上的絕緣層(6)上，第二驅(qū)動(dòng)電極(2)、第二檢測(cè)電極(4)的兩端都位于基片(7)與絕緣層(6)之間。
文檔編號(hào)G01H11/00GK101162170SQ20071019022
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者虹 于, 磊 楊, 黃慶安 申請(qǐng)人:東南大學(xué)