專利名稱：溫度受控的mems共振器以及控制共振器頻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)和/或納米機(jī)電系統(tǒng)(下文中統(tǒng)稱為“微機(jī)電系統(tǒng)”)以及制造微機(jī)電系統(tǒng)的技術(shù)；并且更具體地，一方面，用于制造、生產(chǎn)、提供和/或控制其機(jī)械結(jié)構(gòu)包括集成的加熱和/或溫度傳感元件的微機(jī)電共振器；另一方面，用于制造、生產(chǎn)、提供和/或控制其機(jī)械結(jié)構(gòu)由薄膜或晶片級(jí)封裝技術(shù)封裝在一個(gè)腔室內(nèi)并且包括布置在腔室內(nèi)、腔室上和/或集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)的加熱和/或溫度傳感元件的微機(jī)電共振器。
背景技術(shù)：
很多常規(guī)的微機(jī)電結(jié)構(gòu)是基于梁結(jié)構(gòu)對(duì)于所施加力的反應(yīng)(例如，振蕩、撓曲或扭轉(zhuǎn))。這種梁結(jié)構(gòu)由單晶或多晶半導(dǎo)體(比如硅)制造。這些材料具有極好的機(jī)械強(qiáng)度和高的固有質(zhì)量指標(biāo)。而且，硅基材料的成形和處理是研究很深的努力領(lǐng)域。
例如，利用多晶硅，人們可以設(shè)計(jì)出幾何形狀上具有很大靈活性的微機(jī)械共振器。這種共振器通常取決于彎曲梁和橫向振蕩的梁結(jié)構(gòu)。特別地，梁結(jié)構(gòu)的形狀和/或橫截面通常為矩形。
相對(duì)于與梁的寬度(w)平行的振蕩方向來計(jì)算，梁的機(jī)械剛度kM與其楊氏模量(E)和其幾何形狀的某些尺寸(對(duì)于梁，包括矩形橫截面、長(zhǎng)度(L)和高度(h))成比例。
kM≈E·h·w3L3]]>公式1
很容易理解到，大多相關(guān)材料的楊氏模量按照已知的熱系數(shù)(αE)隨著溫度而變化。例如，多晶硅的楊氏模量具有大約為30ppm/K°的熱系數(shù)。而且，梁結(jié)構(gòu)的幾何形狀也隨著溫度而變化，通常隨著溫度的升高而膨脹。再次，作為一個(gè)例子，多晶硅具有大約為2.5ppm/K°的熱膨脹系數(shù)(αexp)。
對(duì)于一些梁的設(shè)計(jì)和相關(guān)的建模目的(假定材料具有各向同性的熱系數(shù))，熱膨脹對(duì)于梁寬度的影響基本上被熱膨脹對(duì)于梁長(zhǎng)度的影響所抵消，因而導(dǎo)致了梁高度上剩余的線性作用。
不考慮靜電力，梁的共振頻率在這些假設(shè)之下因而可以用下式定義f≈12·π·kMmeff]]>公式2其中meff是梁的有效質(zhì)量，其對(duì)于溫度變化而言是恒定的。
給定梁的共振頻率是共振器總體性能的關(guān)鍵性能，因此應(yīng)當(dāng)保證在工作溫度范圍內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。考慮到公式2所述的關(guān)系，如果機(jī)械剛度保持恒定的話，共振器的頻率也將保持恒定。然而，通常不是這種情況，因?yàn)闊嵴T導(dǎo)的楊氏模量的變化將改變梁的機(jī)械剛度。
前人已經(jīng)試圖解決在工作溫度變化的情況下共振梁的頻率穩(wěn)定性的問題。參見，例如Wan-Thai Hsu的文章“Stiffness-Compensated Temperature Insensitive Micromechanical Resonators(剛度補(bǔ)償?shù)臏囟炔幻舾械奈C(jī)械共振器)”(MEMS2002(0-7803-7185-2/02，2002 IEEE)和Wan-Thai Hsu等的文章“Mechanically Temperature-Compensated Flexural-Mode Micro-mechanical Resonators(機(jī)械式溫度補(bǔ)償?shù)膿锨臀C(jī)械共振器)”(IEDM 00-399(0-7803-6438-4/00，2000 IEEE))(下文中稱為“機(jī)械式溫度補(bǔ)償?shù)墓舱衿魑墨I(xiàn)”)。這些方法聚焦于補(bǔ)償豎直振蕩中的變化，指示使用與CMOS集成不兼容的金或類似材料來補(bǔ)救，和/或建議了應(yīng)用大能量消耗的技術(shù)。
例如，在機(jī)械式溫度補(bǔ)償?shù)墓舱衿魑墨I(xiàn)中，建議采用布置在整個(gè)微機(jī)械共振器下面的波浪形加熱元件。特別地，這種構(gòu)造(并且尤其是加熱元件)會(huì)消耗大量的能量，因?yàn)闀?huì)有大量的熱耗散至周圍/環(huán)境。另外，這種構(gòu)造采用對(duì)整個(gè)微機(jī)械共振器非集中或非特定的加熱。(參見，機(jī)械式溫度補(bǔ)償?shù)墓舱衿魑墨I(xiàn)的圖1)。
因而，需要一種微機(jī)械共振器，其輸出頻率在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定并且克服常規(guī)共振器的一個(gè)、數(shù)個(gè)或所有缺點(diǎn)。需要一種微機(jī)械共振器，其能通過對(duì)微機(jī)械共振器的關(guān)鍵方面進(jìn)行集中或特定加熱來補(bǔ)償和/或解決、最小化和/或消除工作溫度變化所導(dǎo)致的負(fù)面影響。
此外，還需要一種用于在工作溫度范圍內(nèi)的微機(jī)械共振器頻率穩(wěn)定性的有效補(bǔ)償技術(shù)，其克服常規(guī)共振器的一個(gè)、數(shù)個(gè)或所有缺點(diǎn)。特別地，如果這種技術(shù)不依賴于結(jié)合與CMOS集成電路不兼容的材料，那么是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
這里描述和示出了很多發(fā)明。在第一個(gè)主要方面，本發(fā)明一種MEMS共振器，其共振頻率被相關(guān)于工作溫度限定。該MEMS共振器包括包括第一電觸點(diǎn)的第一基片錨定部；和包括第二電觸點(diǎn)的第二基片錨定部。梁結(jié)構(gòu)(例如由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料構(gòu)成)布置(例如固定)在第一和第二基片錨定部之間并且電結(jié)合至第一和第二電觸點(diǎn)。
本發(fā)明這個(gè)方面的MEMS共振器還包括電源，其結(jié)合至第一和第二電觸點(diǎn)以便為梁結(jié)構(gòu)提供電流并且從而加熱梁結(jié)構(gòu)。電源可用來將電流提供給第一或第二電觸點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，MEMS共振器還可包括溫度傳感器，其布置在梁結(jié)構(gòu)附近以測(cè)量溫度；和控制電路系統(tǒng)，其結(jié)合至溫度傳感器，以便產(chǎn)生控制信息并將控制信息提供給電源以將梁結(jié)構(gòu)保持在工作溫度?？刂齐娐废到y(tǒng)可響應(yīng)于由溫度傳感器所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)利用包含在查看表中的數(shù)學(xué)關(guān)系或數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信息。
梁結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)或多個(gè)振蕩梁和/或振蕩體。而且，梁結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)布置布置在第一和第二基片錨定部之間的可動(dòng)梁。
第一和第二基片錨定部可包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。而且，梁結(jié)構(gòu)可包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
在第二個(gè)主要方面，本發(fā)明是一種MEMS共振器，其共振頻率被相關(guān)于工作溫度限定。該MEMS共振器包括每個(gè)都包括電觸點(diǎn)的第一和第二基片錨定部；和第一梁，其由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料構(gòu)成并且電連接在電觸點(diǎn)之間。該MEMS共振器還包括第一端熱結(jié)合至第一梁的第一可動(dòng)梁；和電源，其結(jié)合至第一和第二電觸點(diǎn)以便將電流提供給第一電觸點(diǎn)并且從而加熱第一梁。
本發(fā)明這個(gè)方面的MEMS共振器還可包括每個(gè)都包括電觸點(diǎn)的第三和第四基片錨定部；和第二梁，其由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料構(gòu)成并且電連接在第三和第四基片錨定部的電觸點(diǎn)之間。第一可動(dòng)梁包括熱結(jié)合至第二梁的第二端。電源還結(jié)合至第三和第四基片錨定部的電觸點(diǎn)以便將受控的電流提供給第三電觸點(diǎn)并且從而加熱第二梁。特別地，電源可包括一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立或相關(guān)地受控的電源。
MEMS共振器可包括溫度測(cè)量電路系統(tǒng)以確定第一可動(dòng)梁的電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，溫度測(cè)量電路系統(tǒng)將電信號(hào)(交流或直流電壓或者交流或直流電流)施加于第一可動(dòng)梁并測(cè)量第一可動(dòng)梁對(duì)電信號(hào)的反應(yīng)以便確定表示第一可動(dòng)梁溫度的信息。
MEMS共振器還可包括控制電路系統(tǒng)，其結(jié)合至溫度測(cè)量電路系統(tǒng)，以便產(chǎn)生控制信息并將控制信息提供給電源以將第一可動(dòng)梁保持在預(yù)定的工作溫度。控制電路系統(tǒng)響應(yīng)于表示第一可動(dòng)梁溫度的信息利用包含在查看表中的數(shù)學(xué)關(guān)系或數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信息。
MEMS共振器可包括溫度傳感器，其布置在第一可動(dòng)梁附近以測(cè)量溫度；和控制電路系統(tǒng)，其結(jié)合至溫度傳感器，以便產(chǎn)生控制信息并將控制信息提供給電源以控制第一可動(dòng)梁的工作溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，控制電路系統(tǒng)響應(yīng)于由溫度傳感器所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)利用包含在查看表中的數(shù)學(xué)關(guān)系或數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信息。
特別地，第一基片錨定部可包括多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，MEMS共振器還包括電結(jié)合至第一電觸點(diǎn)的第一測(cè)試觸點(diǎn)；和電結(jié)合至第二電觸點(diǎn)的第二測(cè)試觸點(diǎn)。在這個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合至第一和第二測(cè)試觸點(diǎn)的溫度測(cè)量電路系統(tǒng)可將電信號(hào)(交流或直流電壓或者交流或直流電流)施加于其上從而確定表示第一可動(dòng)梁溫度的信息。
在第三個(gè)主要方面，本發(fā)明是一種控制MEMS共振器的共振頻率的方法，其中MEMS共振器包括包括第一電觸點(diǎn)的第一基片錨定部；包括第二電觸點(diǎn)的第二基片錨定部；和第一端由第一基片錨定部所固定且第二端由第二基片錨定部所固定的梁結(jié)構(gòu)(例如振蕩梁或多梁音叉結(jié)構(gòu))。該方法包括將加熱電流從第一電觸點(diǎn)傳送到第二電觸點(diǎn)以便加熱梁結(jié)構(gòu)；和與梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作溫度相關(guān)地調(diào)節(jié)加熱電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明這個(gè)方面的方法還包括利用布置在梁結(jié)構(gòu)附近的溫度傳感器來測(cè)量實(shí)際工作溫度。
在第四個(gè)主要方面，本發(fā)明是一種控制MEMS共振器的共振頻率的方法，其中MEMS共振器包括包括第一電觸點(diǎn)的第一基片錨定部；包括第二電觸點(diǎn)的第二基片錨定部；和第一端由第一基片錨定部所固定且第二端由第二基片錨定部所固定的梁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明這個(gè)方面的方法包括將加熱電流從第一電觸點(diǎn)傳送到第二電觸點(diǎn)以便將梁結(jié)構(gòu)保持在工作溫度；和與梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算電阻相關(guān)地調(diào)節(jié)加熱電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還可包括通過在第一電觸點(diǎn)和第二電觸點(diǎn)之間施加測(cè)量電壓來計(jì)算梁結(jié)構(gòu)的電阻并與測(cè)量電壓相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還可包括通過將測(cè)量電流應(yīng)用為從第一電觸點(diǎn)至第二電觸點(diǎn)來計(jì)算梁結(jié)構(gòu)的電阻并與測(cè)量電壓相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。
在第五個(gè)主要方面，本發(fā)明是一種在工作溫度下控制MEMS共振器的共振頻率的方法，其中MEMS共振器包括固定在第一和第二電觸點(diǎn)之間的第一基片錨定部；以及第一端熱結(jié)合至第一基片錨定部的梁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明這個(gè)方面的方法包括將第一基片錨定部加熱至工作溫度；和與第一基片錨定部的計(jì)算電阻相關(guān)地將第一基片錨定部保持在工作溫度。
特別地，在一個(gè)實(shí)施例中，保持第一基片錨定部工作溫度的步驟包括第一和第二電觸點(diǎn)之間施加測(cè)量電壓；和與測(cè)量電壓相關(guān)地確定第一基片錨定部的電阻。而且，加熱第一基片錨定部的步驟可包括將第一加熱電流從第一電觸點(diǎn)傳送至第二電觸點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，保持第一基片錨定部工作溫度的步驟包括在第一和第二電觸點(diǎn)之間傳送測(cè)量電流；和與測(cè)量電流相關(guān)地確定第一基片錨定部的電阻。
MEMS共振器還可包括固定在第三和第四電觸點(diǎn)之間的第二基片錨定部，并且其中梁結(jié)構(gòu)還包括熱結(jié)合至第二基片錨定部的第二端。在這點(diǎn)上，該方法可包括通過將第二加熱電流從第三電觸點(diǎn)傳送到第四電觸點(diǎn)來將第二基片錨定部加熱至工作溫度；和與梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算電阻相關(guān)地保持第一和第二基片錨定部中至少一個(gè)的工作溫度。
特別地，在一個(gè)實(shí)施例中，保持第一基片錨定部的工作溫度的步驟包括在選自于第一和第二電觸點(diǎn)中的一個(gè)電觸點(diǎn)和選自于第三和第四電觸點(diǎn)中的另一電觸點(diǎn)之間應(yīng)用測(cè)量電壓。此后，可以與測(cè)量電壓相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。
可選地，保持第一基片錨定部的工作溫度的步驟包括在選自于第一和第二電觸點(diǎn)中的一個(gè)電觸點(diǎn)和選自于第三和第四電觸點(diǎn)中的另一電觸點(diǎn)之間傳送測(cè)量電流。此后，可以與測(cè)量電流相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。
再次，這里描述和示出了很多發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容部分并不是窮盡本發(fā)明的范圍。而且，發(fā)明內(nèi)容部分并不是要限制本發(fā)明并且不應(yīng)當(dāng)以這樣的方式解釋。隨后在發(fā)明內(nèi)容部分已經(jīng)描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例、特點(diǎn)、屬性和優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，從下面的描述、附圖和權(quán)利要求中本發(fā)明的很多其它以及不同和/或類似的實(shí)施例、特點(diǎn)、屬性和/或優(yōu)點(diǎn)將會(huì)很明顯。


在以下詳細(xì)描述的過程中，將參照附圖。這些附圖示出了本發(fā)明的不同方面并且其中適當(dāng)?shù)?，在不同附圖中表示類似結(jié)構(gòu)、部件、材料和/或元件的附圖標(biāo)記類似地進(jìn)行標(biāo)記。可以理解的是，除了具體示出之外的結(jié)構(gòu)、部件、材料和/或元件的各種組合是可以預(yù)期的并且處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面一個(gè)實(shí)施例的共振器的俯視圖，該共振器具有一單個(gè)振蕩梁；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面一個(gè)實(shí)施例的共振器的俯視圖，該共振器具有一單個(gè)振蕩梁，該振蕩梁包括布置在其中或其上明顯的加熱元件；圖3A和3B示出了圖2所示共振器分別沿著虛線A-A`和B-B`的橫截視圖，其中可動(dòng)梁由多種具有布置在梁中或梁上明顯集成的加熱元件的材料和/或摻雜所構(gòu)成；圖4A和4B示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面另一個(gè)實(shí)施例的共振器的俯視圖，該共振器具有兩個(gè)振蕩梁；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一方面用來測(cè)量和控制MEMS共振器工作溫度的示例性構(gòu)造、控制電路系統(tǒng)、電源和溫度傳感器的示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二方面第一實(shí)施例的共振器的俯視圖，其具有布置在呈四點(diǎn)探針狀構(gòu)造的四個(gè)基片錨定部(anchor)之間的一單個(gè)振蕩梁；圖7是用來測(cè)量和控制圖6所示梁結(jié)構(gòu)的工作溫度的示例性構(gòu)造(包括控制電路系統(tǒng)、電源和溫度測(cè)量電路系統(tǒng)和/或溫度傳感器)的示意圖；圖8A和8B是與共振器相結(jié)合的電力/電子電路系統(tǒng)(包括控制電路系統(tǒng)、電源和溫度測(cè)量電路系統(tǒng)和/或溫度傳感器)的示例性構(gòu)造的示意性框圖，所述電路系統(tǒng)測(cè)量、傳感、采樣和/或確定共振器的工作溫度以及另外調(diào)節(jié)、控制和/或修改圖1、2、3、4A、4B和6所示共振器的工作溫度；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的共振器的俯視圖，該共振器具有兩個(gè)以懸臂梁、音叉梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造的振蕩梁；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的共振器的俯視圖，該共振器具有兩個(gè)以懸臂梁、音叉梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造的振蕩梁，所述振蕩梁具有超過兩個(gè)的錨定部和/或電觸點(diǎn)以便尤其便于獲得表示振蕩梁溫度的信息；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的共振器的俯視圖，該共振器具有兩個(gè)以懸臂梁、音叉梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造的振蕩/可動(dòng)梁，每個(gè)具有布置在可動(dòng)梁上的振蕩物體；圖12A和12B示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例具有錨定部的共振器的俯視圖，所述錨定部由多種具有例如不同熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成；圖12C和12D示出了圖12B所示實(shí)施例分別沿著虛線A-A`和B-B`的橫截視圖，其中梁由多種具有例如不同熱膨脹系數(shù)的材料所構(gòu)成；
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件布置在共振器的錨定部下面；圖14A和14B示出了圖13所示實(shí)施例分別沿著虛線A-A`和B-B`的橫截視圖；圖15-18示出了具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，所述振蕩梁包括布置在可動(dòng)梁和/或錨定部之中或之上的物理/離散溫度傳感器；圖19A和19B示出了圖13所示實(shí)施例分別沿著虛線A-A`和B-B`的橫截視圖，其中加熱元件布置在共振器的錨定部下面并且錨定部利用不同于圖14A和14B所示錨定部的技術(shù)形成；圖20是根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件布置在可動(dòng)梁的下面并且沿著可動(dòng)梁的縱軸布置；圖21示出了圖20所示共振器沿著虛線A-A`的橫截視圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件布置在可動(dòng)梁和錨定部的下面并且沿著可動(dòng)梁的縱軸布置；圖23示出了圖22所示共振器沿著虛線A-A`的橫截視圖；圖24和27是根據(jù)本發(fā)明第三方面其它實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件布置在基片之中或之上并且沿著可動(dòng)梁的縱軸布置；圖25示出了圖24所示共振器沿著虛線A-A`的橫截視圖；圖26示出了根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件布置在基片之中或之上并且在錨定部的下面；圖28示出了根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，所述共振器具有兩個(gè)(多個(gè))布置在基片之中或之上并且沿著可動(dòng)梁的縱軸布置的加熱元件；圖29示出了根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件布置在腔室之內(nèi)和可動(dòng)梁之上并且沿著可動(dòng)梁的縱軸布置的加熱元件；圖30、31和32分別示出了圖29所示共振器沿著虛線A-A`的三個(gè)示例性橫截視圖；圖33示出了根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件包括多個(gè)置于腔室內(nèi)的(獨(dú)立地或相關(guān)地控制的)加熱元件；圖34示出了圖33所示共振器沿著虛線A-A`的示例性橫截視圖；圖35示出了根據(jù)本發(fā)明第三方面一個(gè)實(shí)施例具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件包括多個(gè)置于腔室內(nèi)的(獨(dú)立地或相關(guān)地控制的)加熱元件；圖36A和36B分別示出了圖35所示共振器沿著虛線A-A`和B-B`的示例性橫截視圖；圖37和38分別示出了圖35所示共振器沿著虛線A-A`另外的示例性橫截視圖；圖39A-39C示出了包括布置在腔室內(nèi)的具有不同尺寸和構(gòu)造的加熱元件的共振器的示例性橫截視圖；圖40、42和43示出了具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，所述振蕩梁包括布置在可動(dòng)梁和/或錨定部之中或之上的物理/離散溫度傳感器；圖41示出了圖40所示共振器和溫度傳感器沿著虛線A-A`的另外的示例性橫截視圖；圖44A-44D是根據(jù)本發(fā)明某些方面包括集成在共同基片上的共振器、電力/電子電路系統(tǒng)、加熱元件和/或溫度傳感器的示例性MEMS的示意性框圖；圖44E-44G是根據(jù)本發(fā)明某些方面包括布置在分離基片上的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及處理和控制電路系統(tǒng)的示例性MEMS的框圖；圖45示出了具有一單個(gè)振蕩梁的共振器的俯視圖，其中加熱元件包括多個(gè)布置在腔室內(nèi)的(獨(dú)立地或相關(guān)地控制的)加熱元件；和圖46示出了與多個(gè)(獨(dú)立地或相關(guān)地控制的)加熱元件相結(jié)合的圖45所示共振器沿著虛線A-A`的示例性橫截視圖。
具體實(shí)施例方式
這里描述和示出了很多發(fā)明。在第一個(gè)方面，本發(fā)明涉及微機(jī)電共振器以及制造、生產(chǎn)和/或控制微機(jī)電共振器的方法，所述共振器具有包括集成的加熱和/或溫度傳感元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這點(diǎn)上，在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械結(jié)構(gòu)與加熱電路系統(tǒng)一同被構(gòu)造為將加熱元件集成在可動(dòng)梁內(nèi)以使得在可動(dòng)梁的長(zhǎng)度上溫度恒定和/或相對(duì)恒定(例如±5％，并且優(yōu)選地小于1％)。在這點(diǎn)上，加熱元件是(或者結(jié)合入)可動(dòng)梁之內(nèi)和/或之上，并且可動(dòng)梁被在其內(nèi)流動(dòng)的加熱電流(I)所電阻地加熱。
參照?qǐng)D1，在本發(fā)明這個(gè)方面的第一實(shí)施例中，MEMS共振器10包括機(jī)械結(jié)構(gòu)12，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)12具有布置在錨定部16a和16b之間的可動(dòng)梁14。在這個(gè)實(shí)施例中，可動(dòng)梁14由在有電流時(shí)具有電阻的材料構(gòu)成，比如導(dǎo)電材料(例如金屬材料)或半導(dǎo)體材料(例如硅和/或鍺)。特別地，振蕩方向如箭頭18所示。
MEMS共振器10還包括電觸點(diǎn)20a和20b。在這個(gè)實(shí)施例中，電觸點(diǎn)20a和20b連接到提供電流的電源(未示出)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，電觸點(diǎn)20a連接到電源，電觸點(diǎn)20b連接到共同電勢(shì)(common potential)和/或地電勢(shì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，電觸點(diǎn)20a和20b連接在電源的端子和/或觸點(diǎn)之間。
尤其，電觸點(diǎn)20a和20b可由導(dǎo)電材料(例如金屬材料，比如鋁)或半導(dǎo)體材料(例如硅、鍺和/或它們的摻雜體)。有利地是采用具有相對(duì)低電阻且適合于其它工藝(例如CMOS集成)或與其兼容的材料。
電源(未示出)提供了流過可動(dòng)梁14并介于電觸點(diǎn)20a和20b之間的電流。在操作中，電流流過可動(dòng)梁14，可動(dòng)梁被電阻地加熱。例如，在較高的電壓施加于電觸點(diǎn)20a且較低的電壓施加于(或存在于)電觸點(diǎn)20b的情況下，電流(如常規(guī)指定的)從電觸點(diǎn)20a流向電觸點(diǎn)20b，如圖1所示。尤其，在這個(gè)實(shí)施例中，可動(dòng)梁14也是加熱元件22。
簡(jiǎn)言之，作為背景技術(shù)，具有電阻(R)的元件在電流(I)通過該電阻元件時(shí)將把電能轉(zhuǎn)換為熱能。在本發(fā)明中，由于電流(I)施加于梁結(jié)構(gòu)內(nèi)在的電阻而發(fā)生的電阻加熱而以熱的形式分散的功率(P)可以用以下等式表示Pheat＝I2·Rbeam公式3這樣，在電觸點(diǎn)20a和20b之間流動(dòng)的加熱電流(I)就在可動(dòng)梁14中產(chǎn)生電阻加熱。這種電阻加熱工藝可以如下所述那樣準(zhǔn)確地進(jìn)行控制以便為可動(dòng)梁14提供穩(wěn)定或恒定(或者基本上恒定)的工作溫度。因而，本發(fā)明這個(gè)方面的MEMS共振器10通過將加熱元件集成在可動(dòng)梁內(nèi)以使得可動(dòng)梁14被加熱和保持在預(yù)定、選定和/或限定工作溫度下從而提高和/或保持了在整個(gè)環(huán)境溫度范圍上的輸出頻率穩(wěn)定性。本發(fā)明這個(gè)方面的MEMS共振器10提供了在整個(gè)環(huán)境溫度范圍上預(yù)定、選定和/或限定的工作溫度。
特別地，“工作溫度”可以表示MEMS設(shè)計(jì)者確定的與梁結(jié)構(gòu)的操作相關(guān)的任何溫度。例如，為梁結(jié)構(gòu)選擇期望的共振頻率可以表示為很多與梁結(jié)構(gòu)相關(guān)的物理特征的函數(shù)，例如包括絕對(duì)和/或相對(duì)長(zhǎng)度、寬度、質(zhì)量和/或材料成分。對(duì)于梁結(jié)構(gòu)，共振頻率也是工作溫度的函數(shù)，因?yàn)闂钍夏Ａ繒?huì)隨著溫度或者由于所用材料(如上所述)的熱膨脹系數(shù)所誘導(dǎo)的機(jī)械應(yīng)力(例如張力)而變化。
于是，對(duì)于MEMS共振器10的機(jī)械結(jié)構(gòu)12的給定幾何形狀，共振頻率包括相關(guān)的預(yù)定、選定和/或限定的工作溫度或者預(yù)定、選定和/或限定范圍的工作溫度。通常，共振頻率將在整個(gè)環(huán)境溫度范圍上穩(wěn)定或恒定(或者基本上恒定)。
特別地，盡管錨定部16示出為自立的和方形的，但是任何錨定部結(jié)構(gòu)都可以用來將機(jī)械結(jié)構(gòu)12緊固至例如基片。也就是說，錨定部16可直接附接至基片或者通過中間/覆蓋層或結(jié)構(gòu)相對(duì)基片進(jìn)行固定。實(shí)際上，錨定部16可采用任何形式的錨定技術(shù)，不管是已知的還是后來開發(fā)的。例如，本發(fā)明可采用2003年7月25日提交并指定序列號(hào)No.10/627,237、名稱為“Anchors forMicroelectromechanical Systems Having an SOI Substrate，andMethod for Fabricating Same(用于具有SOI基片的微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部及其制造方法)”的非臨時(shí)專利申請(qǐng)所描述和示出的錨定技術(shù)(下文中稱為“用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)”)。在這點(diǎn)上，根據(jù)本發(fā)明的MEMS共振器10的任何和所有實(shí)施例可以例如利用用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)所述的錨定部(和錨定技術(shù))錨定至基片。為了簡(jiǎn)明的緣故，與本文所述和所示的發(fā)明相結(jié)合實(shí)施的用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)的錨定技術(shù)將不再詳細(xì)地重復(fù)。然而，特別指出的是，用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容都以參考的方式結(jié)合于此，例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、特征、方案、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)。
參照?qǐng)D2和3A，在另一實(shí)施例中，加熱元件22可布置在可動(dòng)梁14之中和/或之上。例如，加熱元件22可通過用與可動(dòng)梁14內(nèi)雜質(zhì)(如果有的話)相同或相反導(dǎo)電性的雜質(zhì)進(jìn)行摻雜而形成于可動(dòng)梁14中。也就是說，例如，可動(dòng)梁14可包括n型雜質(zhì)(比如磷)，并且加熱元件22可通過用其它n型雜質(zhì)將可動(dòng)梁14的選定區(qū)域摻雜而形成和/或創(chuàng)建在可動(dòng)梁14之中或之上。這樣，電流的主要部分將通過加熱元件22。
可選地，可動(dòng)梁14可用P型雜質(zhì)(比如硼以形成p型區(qū)域)來很重地反摻雜以形成和/或創(chuàng)建加熱元件22。這樣，在形成可動(dòng)梁14以及通過將選定電壓施加于可動(dòng)梁14和加熱元件22之后，就存在著一個(gè)相反偏置的接合點(diǎn)以使得加熱元件22與可動(dòng)梁14的其余部分電“隔絕”。尤其，MEMS共振器10的輸出頻率取決于可動(dòng)梁14和加熱元件22的特點(diǎn)，例如物理性質(zhì)，比如可動(dòng)梁14和加熱元件22的絕對(duì)和/或相對(duì)長(zhǎng)度、寬度、質(zhì)量和/或材料成分。
因而，電源(未示出)提供流過加熱元件22且介于電觸點(diǎn)20a和20b之間的電流。在某些實(shí)施例中，所有或基本上所有電流流過加熱元件，因?yàn)榭蓜?dòng)梁14和加熱元件22之間存在著相對(duì)電阻。相應(yīng)地，加熱元件22被電阻加熱。因?yàn)榭蓜?dòng)梁與加熱元件22直接接觸，可動(dòng)梁14也被加熱。
特別地，有很多用來制造可動(dòng)梁14之上或之中的加熱元件22的方法和技術(shù)。例如，可動(dòng)梁14和加熱元件22的材料和/或?qū)涌沙练e形成并且此后，利用公知的光刻(lithographic)和蝕刻技術(shù)，可動(dòng)梁14和加熱元件22可由這種材料和/或?qū)有纬?。用于制造可?dòng)梁14和加熱元件22的所有方法，無論是已知的還是以后開發(fā)的，都將處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
而且，加熱元件22可具有預(yù)定的橫向和/或豎直輪廓以使得可動(dòng)梁14的某些區(qū)域可與其它區(qū)域不同地進(jìn)行加熱。參照?qǐng)D3B，在一個(gè)實(shí)施例，可動(dòng)梁14之中或之上的豎直摻雜輪廓沿著可動(dòng)梁14可提供不同的電阻。在所示實(shí)施例中，加熱元件22在電觸點(diǎn)20a和20b附近具有較高的電阻，在可動(dòng)梁14中心附近具有較低的電阻。于是，加熱元件22在電觸點(diǎn)20a和20b附近提供了較多的加熱，在可動(dòng)梁14中心附近提供了較少的加熱。也就是說，不同量的加熱可提供給可動(dòng)梁14的預(yù)定和/或選定區(qū)域。這樣，加熱元件22可補(bǔ)償、最小化和/或消除沿著可動(dòng)梁14由于錨定部16a和16b的熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的任何(預(yù)計(jì)的和/或理論模型的)溫度梯度。這個(gè)實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)12可在可動(dòng)梁14的整個(gè)長(zhǎng)度上顯示更加受控的、恒定的和/或基本上恒定的溫度。
應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明的這個(gè)方面可采用MEMS共振器10任何形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)12。例如，機(jī)械結(jié)構(gòu)12可包括多個(gè)可動(dòng)梁和/或超過兩個(gè)錨定部。為此，參照?qǐng)D4A和4B，機(jī)械結(jié)構(gòu)12可包括布置在錨定部16a和16b之間的可動(dòng)梁14a和14b。加熱元件22可與可動(dòng)梁14a和14b形成一整體(圖4A)和/或也可以布置在可動(dòng)梁14a和14b之上或之中(圖4B)。
在其中加熱元件22布置在可動(dòng)梁14之內(nèi)或之上的那些情況下，可動(dòng)梁14可包括或不包括導(dǎo)電和/或半導(dǎo)體材料。在這點(diǎn)上，(所有或者主要部分的)電流提供為通過加熱元件22。這樣，就無需可動(dòng)梁14由導(dǎo)電和/或半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
參照?qǐng)D5，在本發(fā)明這個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，控制電路系統(tǒng)24確定和/或計(jì)算保持和/或控制機(jī)械結(jié)構(gòu)12工作溫度所需的電流并且還在例如整個(gè)環(huán)境溫度范圍上提供預(yù)定、選定、期望和/或限定的輸出頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，控制電路系統(tǒng)24采用來自溫度傳感器26(例如布置和/或定位在MEMS共振器10基片之上或之中的二極管、晶體管、電阻器或可變電阻器、和/或一個(gè)或多個(gè)MEMS溫度換能器)的信息/數(shù)據(jù)來適當(dāng)?shù)乜刂齐娫?8。
溫度傳感器26可應(yīng)用在緊靠可動(dòng)梁14和/或錨定部20之處之上和/或之中來測(cè)量、傳感和/或采樣可動(dòng)梁14實(shí)際溫度的信息。溫度傳感器26將可動(dòng)梁或可動(dòng)梁14附近區(qū)域的實(shí)際溫度信息提供給控制電路系統(tǒng)24。這樣，控制電路系統(tǒng)24可確定、計(jì)算和/或測(cè)定可動(dòng)梁14的工作溫度并且相應(yīng)地，控制和/或指示電源28來施加或提供通過加熱元件22的電流以便從而通過電阻加熱來傳導(dǎo)加熱可動(dòng)梁14?？刂齐娐废到y(tǒng)24利用如下更詳細(xì)描述的多種常規(guī)反饋和/或控制技術(shù)之一將實(shí)際工作溫度與預(yù)定、選定和/或期望的工作溫度相比較。
特別地，其它溫度傳感和工作溫度控制技術(shù)和/或構(gòu)造如下所述。而且，如下所述，所有溫度傳感和工作溫度控制技術(shù)和/或構(gòu)造，無論是已知的還是以后開發(fā)的，包括以上所述的，都將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在第二方面，本發(fā)明涉及一種具有等溫梁結(jié)構(gòu)的微機(jī)電共振器。在這個(gè)方面，本發(fā)明這個(gè)方面的微機(jī)電共振器的可動(dòng)梁被布置為使得在可動(dòng)梁的長(zhǎng)度上，具有恒定溫度和/或基本上恒定的溫度(例如±5％，并且優(yōu)選地小于1％)。
參照?qǐng)D6，在本發(fā)明這個(gè)方面的第一實(shí)施例，可動(dòng)梁14通過加熱錨定部16a-16d傳導(dǎo)加熱?？蓜?dòng)梁14固定至布置在錨定部16a和16b之間的梁30a?？蓜?dòng)梁14還固定至布置在錨定部16c和16d之間的梁30b。錨定部16a-d中的每個(gè)分別包括相關(guān)的電觸點(diǎn)20a-d。電觸點(diǎn)結(jié)合至電源28(未示出)以將電流和/或電壓提供給電觸點(diǎn)20a-d。
在操作中，在電觸點(diǎn)20a和20b之間，梁30a由流過其中的電流利用電阻加熱。類似地，在電觸點(diǎn)20c和20d之間，梁30b由流過其中的電流利用電阻加熱。而且，可動(dòng)梁14將被梁30a和30b傳導(dǎo)加熱。而且，可動(dòng)梁14將在著兩個(gè)熱源之間達(dá)到熱平衡。實(shí)際上，在這個(gè)實(shí)施例中，可動(dòng)梁14整個(gè)長(zhǎng)度上的溫度恒定或基本上恒定(例如梁14長(zhǎng)度的差異不超過±5％，并且優(yōu)選地小于1％)。
特別地，可動(dòng)梁14的傳導(dǎo)加熱和可動(dòng)梁14的溫度穩(wěn)定可以在機(jī)械結(jié)構(gòu)12(并且具體地可動(dòng)梁14)保持在真空中的情況下得到提高。而且，機(jī)械結(jié)構(gòu)12的導(dǎo)熱率(λ)可以表示為λ＝-q/(A·dT/dx)公式4其中q是錨定部中的熱通量，dT/dx描述了基片錨定部和梁結(jié)構(gòu)組合上的溫度梯度，和A是梁結(jié)構(gòu)的橫截面積。
這個(gè)關(guān)系很好理解并且可用來模擬可動(dòng)梁14的傳導(dǎo)加熱。
參照?qǐng)D7，可動(dòng)梁14的傳導(dǎo)加熱可概念性地視為可動(dòng)梁14的兩端都被保持在相同的工作溫度。也就是說，通過設(shè)計(jì)，可動(dòng)梁14被梁30a和30b傳導(dǎo)加熱直到達(dá)到了預(yù)定、選定和/或期望的工作溫度(T0)。
可動(dòng)梁14的工作溫度可利用多種方法和/或技術(shù)來確定。例如，一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器26可形成和布置在緊靠梁結(jié)構(gòu)和/或相關(guān)基片錨定部之處。利用常規(guī)的反饋技術(shù)將表示可動(dòng)梁14和/或錨定部16由溫度傳感器26所測(cè)得的實(shí)際溫度的數(shù)據(jù)與預(yù)定、選定和/或期望的工作溫度相比較。
在結(jié)合在MEMS 10之中或附近的物理傳感器并未提供表示可動(dòng)梁14工作溫度的精確和/或準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的那些情況下(例如，因?yàn)閷囟葌鞲衅?6定位在期望的熱控梁附近成本太高和/或太復(fù)雜)，有利地是采用其它溫度測(cè)量技術(shù)。例如，仍然參照?qǐng)D7，溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32可用來產(chǎn)生通過可動(dòng)梁14的溫度傳感電流(Itemp)。測(cè)量電流(可以是交流電或直流電)誘導(dǎo)可動(dòng)梁14上的相應(yīng)電壓差。溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32可測(cè)量、檢測(cè)和/或采樣例如傳感點(diǎn)34a和34b之間的電壓差。對(duì)于給定的測(cè)量電流，這個(gè)電壓差(Vtemp)將隨著可動(dòng)梁14的電阻而變化，并且這樣，控制電路系統(tǒng)24可確定和/或測(cè)量可動(dòng)梁14的工作溫度。
特別地，測(cè)量電流可以是交流或直流電流。實(shí)際上，除了測(cè)量電流之外或替代地，溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32可施加測(cè)量電壓(直流或交流電壓)。測(cè)量電流或電壓可在加熱梁30a和/或30b的電流上疊加或調(diào)制。在此情況下，溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32能采樣、確定和/或檢測(cè)交流和/或直流分量并且從而測(cè)量和/或采樣表示可動(dòng)梁14溫度的信息。
控制電路系統(tǒng)24(連同溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32)可周期性地、間歇地和/或持續(xù)地采樣、檢查、測(cè)量和/或測(cè)定可動(dòng)梁14的工作溫度以檢測(cè)、確定和/或預(yù)測(cè)MEMS共振器10輸出頻率中的變化。這樣，就改進(jìn)了可動(dòng)梁14工作溫度的控制。也就是說，通過與溫度測(cè)量電流和/或溫度測(cè)量電壓相關(guān)地周期性地、間歇地和/或持續(xù)地確定可動(dòng)梁14的電阻值，并且利用電阻值來計(jì)算近似工作溫度，就實(shí)現(xiàn)了溫度反饋技術(shù)和/或配置。
控制電路系統(tǒng)24可使用表示可動(dòng)梁14工作溫度的數(shù)據(jù)/信息來控制電源28。在這點(diǎn)上，電源28可(相關(guān)地或獨(dú)立地)變化和/或改變通過梁30a和30b施加的電流并且從而調(diào)節(jié)可動(dòng)梁14的工作溫度。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，梁結(jié)構(gòu)電阻被用作溫度反饋信息的形式。溫度反饋信息被用來控制施加于電觸點(diǎn)20a-d的加熱電流。
特別地，有很多用來檢測(cè)、采樣、測(cè)量和/或測(cè)定可動(dòng)梁14工作溫度的技術(shù)和/配置。例如，參照?qǐng)D8A和8B，控制電路系統(tǒng)24可采用查看表和/或預(yù)定或數(shù)學(xué)關(guān)系(任一或者都包含在存儲(chǔ)器36中)來調(diào)節(jié)和/或控制MEMS共振器10某些梁結(jié)構(gòu)(例如可動(dòng)梁14)的加熱從而補(bǔ)償和/或修正環(huán)境溫度(即MEMS共振器10的溫度)中的變化。用來檢測(cè)、采樣、測(cè)量和/或測(cè)定可動(dòng)梁14工作溫度的所有技術(shù)和/或配置，無論是已知的還是以后開發(fā)的，包括上述的那些，都處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
以上相對(duì)于圖7、8A和8B所述的溫度測(cè)量和控制技術(shù)也可應(yīng)用于這里所述和/或所示發(fā)明的任何方面的任何實(shí)施例。例如，在本發(fā)明第一方面的內(nèi)容中，可動(dòng)梁14(圖1、2、3A和3B)和可動(dòng)梁14a和14b(圖4A和4B)的電阻可通過施加溫度測(cè)量電流或電壓中斷加熱電流(I(電流))來周期性地或間歇地測(cè)量。可選地，加熱電流可用作溫度測(cè)量電流。特別地，參照?qǐng)D4A和4B，溫度測(cè)量電流可施加于電觸點(diǎn)16a或16c中的任何一個(gè)，相應(yīng)地通過可動(dòng)梁14a或14b，相應(yīng)地達(dá)到電觸點(diǎn)16b或16d中的任何一個(gè)。
MEMS共振器10可采用任何類型設(shè)計(jì)和/或控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)12。例如，參照?qǐng)D9，機(jī)械結(jié)構(gòu)12能以懸臂梁、音叉梁結(jié)構(gòu)的形式構(gòu)造，包括連接至梁30的可動(dòng)梁14a和14b。在操作中，梁30被加熱電流I(電流)利用電阻加熱，其又傳導(dǎo)加熱可動(dòng)電極14a和14b。
圖9所示機(jī)械結(jié)構(gòu)還可構(gòu)造有其它電觸點(diǎn)以便于和改進(jìn)可動(dòng)電極14a和14b的溫度測(cè)量。在這點(diǎn)上，參照?qǐng)D10，在一個(gè)實(shí)施例中，MEMS共振器10可包括測(cè)量觸點(diǎn)38a和38b以便于采樣、測(cè)量和/或檢測(cè)表示可動(dòng)電極14a和14b溫度的數(shù)據(jù)。測(cè)量觸點(diǎn)38a和38b提供了“測(cè)試點(diǎn)”，由此控制電路系統(tǒng)24(未示出)和溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32(未示出)可周期性地、間歇地和/或持續(xù)地采樣、檢查、測(cè)量和/或測(cè)定可動(dòng)梁14a和14b的工作溫度從而檢測(cè)、確定或預(yù)測(cè)MEMS共振器10輸出頻率由于工作溫度變化所引起的變化。而且，測(cè)量觸點(diǎn)38a和38b能在不與MEMS共振器10的操作相妨礙的前提下實(shí)現(xiàn)這種周期性、間歇和/或持續(xù)的采樣、檢測(cè)和/或測(cè)量，因?yàn)闇y(cè)量觸點(diǎn)38a和38b可用來例如與電觸點(diǎn)20a和20b無關(guān)地測(cè)量所述測(cè)量電壓、電阻或電流。
另外，參照?qǐng)D11，MEMS共振器10可包括分別連接至可動(dòng)梁14a和14b的彈性體40a和40b。在這個(gè)實(shí)施例中，至少可動(dòng)梁14a和14b被通過梁30的加熱電流所傳導(dǎo)加熱。
因而，如上所述，MEMS共振器10可采用任何類型設(shè)計(jì)和/或控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)12。這樣，任何設(shè)計(jì)和/或控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)12，無論是已知的還是以后開發(fā)的，都將落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
特別地，上述測(cè)量和控制技術(shù)，例如參照?qǐng)D6的，可應(yīng)用于圖9-11的實(shí)施例。為了簡(jiǎn)明的緣故，不再重復(fù)其描述。
如上所述，錨定部16可采用任何形式的錨定技術(shù)，無論是已知的還是以后開發(fā)的。而且，錨定部16可以是成分同質(zhì)的或者由復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在這點(diǎn)上，利用復(fù)合結(jié)構(gòu)可改進(jìn)共振器的性能，如2003年4月16日提交并指定序列號(hào)No.10/414,793、名稱為“Temperature Compensation for Silicon MEMS(硅MEMS的溫度補(bǔ)償)”的非臨時(shí)專利申請(qǐng)(下文中稱為“溫度補(bǔ)償?shù)墓鐼EMS專利申請(qǐng)”)所描述和示出的。因而，溫度補(bǔ)償?shù)墓鐼EMS專利申請(qǐng)中所述和所示的任何和所有實(shí)施例都可結(jié)合入根據(jù)本發(fā)明的MEMS共振器。為了簡(jiǎn)明的緣故，溫度補(bǔ)償?shù)墓鐼EMS專利申請(qǐng)與本文所述和所示實(shí)施例相結(jié)合實(shí)施的復(fù)合錨定和梁結(jié)構(gòu)和技術(shù)將被概述而不再詳細(xì)地重復(fù)。然而，特別要說明的是，溫度補(bǔ)償?shù)墓鐼EMS專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容，包括例如所述實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、替代、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參照的方式結(jié)合于此。
例如，參照?qǐng)D12A和12B，在一個(gè)實(shí)施例中，MEMS共振器10可包括布置在錨定部16a和16b之間的可動(dòng)梁14。在這個(gè)實(shí)施例中，錨定部16a和16b由兩種或更多材料(例如硅、二氧化硅、氮化硅和/或鍺構(gòu)成)，每種材料42a-c具有不同的熱膨脹系數(shù)。因而，在共振器被加熱時(shí)，在加熱電流(I(電流))的作用下，相對(duì)于基片的熱膨脹系數(shù)而言，復(fù)合錨定部與梁14不同材料的相對(duì)較大或較小的熱膨脹會(huì)在梁結(jié)構(gòu)上形成張力或壓力。這種張力或壓力會(huì)導(dǎo)致頻率的變化，因?yàn)榭蓜?dòng)梁14之中或之上會(huì)出現(xiàn)誘導(dǎo)應(yīng)力。
仍然參照?qǐng)D12A和12B，其中錨定部16a和16b例如通過二氧化硅重新填充入多晶硅錨定部的選定空出部分而形成，相對(duì)于由多晶硅和/或硅基基片構(gòu)成的可動(dòng)梁而言，錨定部16a和16b可顯示較低的整體熱膨脹系數(shù)。復(fù)合錨定部的長(zhǎng)度為通過選定材料全異(disparate)的熱膨脹而施加于可動(dòng)梁14上的壓力或張力應(yīng)變提供了杠桿作用。
相對(duì)梁成分也可用來影響和/或控制用于共振器梁頻率變化的熱補(bǔ)償。在這點(diǎn)上，參照?qǐng)D12C和12D，可動(dòng)梁14可由多種具有不同熱膨脹系數(shù)的材料42a和42d-f(例如硅、鍺、二氧化硅和/或氮化硅)構(gòu)成。例如，可動(dòng)梁14可由硅內(nèi)芯和二氧化硅外層構(gòu)成?？蛇x地，可動(dòng)梁14可由硅、鍺和二氧化硅(分別為42a、42e和42f——參見圖12D)構(gòu)成。實(shí)際上，本文所述的任何材料(或其它材料)可用來構(gòu)成錨定部16和/或可動(dòng)梁14。
圖12C和12D所示發(fā)明也可以與本文所述和所示任何創(chuàng)造性方面的任何實(shí)施例(例如，圖2、3A、3B、4A、4B、6、9、10和11所示MEMS共振器10)和/或以參考的方式結(jié)合的任何實(shí)施例中所示的發(fā)明相結(jié)合。在這點(diǎn)上，可動(dòng)梁14可由多種材料構(gòu)成，每種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，并且錨定部16a和/或16b可由組合起來與基片熱膨脹系數(shù)不同的兩種或更多材料構(gòu)成。也就是說，通過為錨定部16a和/或16b、可動(dòng)梁14、和/或基片選擇具有不同熱膨脹系數(shù)的復(fù)合材料，適合的壓縮或張力應(yīng)變可施加于可動(dòng)梁14以補(bǔ)償溫度誘導(dǎo)的頻率變化。
在第三方面，本發(fā)明涉及一種薄膜或晶片級(jí)封裝的微機(jī)電共振器以及制造、生產(chǎn)、提供和/或控制其機(jī)械結(jié)構(gòu)利用薄膜或晶片級(jí)封裝技術(shù)封裝在腔室內(nèi)并且包括布置在腔室之中、腔室之上和/或集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)的加熱和/或溫度傳感元件的微機(jī)電共振器的方法。
參照?qǐng)D13、14A和14B，在一個(gè)實(shí)施例中，MEMS共振器10利用薄膜或晶片級(jí)封裝技術(shù)進(jìn)行封裝并且包括加熱元件44a和44b以便相應(yīng)于由電源28(未示出)所提供的電流分別傳導(dǎo)加熱錨定部16a和16b。在錨定部16a和16b由導(dǎo)電材料構(gòu)成時(shí)，絕緣體46可用來將加熱元件44a和44b和/或電絕緣的加熱元件44a和44b中的電流分別與錨定部16a和16b隔離。類似地，在基片50由導(dǎo)電材料構(gòu)成的情況下，絕緣體48可用來將加熱元件44a和44b與基片50電隔離。
在形成機(jī)械結(jié)構(gòu)12之后，MEMS共振器10可被封裝以形成腔室52。在這點(diǎn)上，MEMS共振器10可利用常規(guī)的薄膜封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)來密封或封裝。(參見例如WO01/77008 A1和WO01/77009A1)。其它薄膜封裝技術(shù)也是適合的。實(shí)際上，所有的薄膜封裝技術(shù)，不管是已知的還是以后開發(fā)的，都將處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，可以采用2003年6月4日提交并指定序列號(hào)No.10/455,555的非臨時(shí)專利申請(qǐng)“Microelectromechanical SystemsHaving Trench Isolated Contacts，and Methods of Fabricating Same(具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法)”(下文中稱為“具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)”)中所述和所示的封裝技術(shù)。具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)所述和所示的所有發(fā)明/實(shí)施例(包括例如封裝和電絕緣技術(shù))可與這里所述和所示的溫度補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合地實(shí)施。為了簡(jiǎn)明的緣故，具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)所述和所示的實(shí)施例與本文所述和所示的溫度補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合實(shí)施的情況將不再重復(fù)地描述而只是進(jìn)行總結(jié)。然而，特別指出的是，具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容，包括例如所有發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、替代、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)以參考的方式結(jié)合于此。
簡(jiǎn)言之，參照?qǐng)D14A和14B，在一個(gè)實(shí)施例中，封裝結(jié)構(gòu)54可包括一個(gè)或多個(gè)封裝層以密封腔室52。在所示實(shí)施例中，封裝結(jié)構(gòu)54包括第一封裝層56a和第二封裝層56b。如具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)所詳細(xì)描述的，在一個(gè)實(shí)施例中，第一封裝層56a沉積在犧牲層(例如二氧化硅或氮化硅)上以緊固、間隔和/或保護(hù)機(jī)械結(jié)構(gòu)12(包括可動(dòng)電極14)。此后，在封裝層56a上形成和/或蝕刻出通道或孔口以允許或方便犧牲層和絕緣層46至少選定部分的蝕刻和/或移除。
在蝕刻和/或移除犧牲層和絕緣層46的至少選定部分并釋放例如可動(dòng)梁14之后，第二封裝層56b沉積在第一封裝層56a上和第一封裝層56a內(nèi)的孔口或通道內(nèi)從而“密封”腔室52。
繼續(xù)參照?qǐng)D13、14A和14B，電觸點(diǎn)20a和20b可用來便于測(cè)量、檢測(cè)和/或采樣可動(dòng)梁14的溫度。電觸點(diǎn)20a和20b可利用具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)所述和所示的發(fā)明/實(shí)施例電隔離。為了簡(jiǎn)明的緣故，具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)所述和所示的隔離技術(shù)與本文所述和所示溫度補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合實(shí)施的情況不再詳細(xì)地重復(fù)而只是進(jìn)行總結(jié)。
參照13、14A和14B，如具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)所詳細(xì)描述的，在一個(gè)實(shí)施例中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)58將電觸點(diǎn)20a和20b與附近的導(dǎo)電區(qū)域(例如第二封裝層56b和/或“場(chǎng)效應(yīng)”區(qū)域(未示出))電隔離。在這點(diǎn)上，在一個(gè)實(shí)施例中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)58包括電介質(zhì)隔離區(qū)域60a和60b，所述隔離區(qū)域包括布置在溝槽62a和62b中的絕緣材料。電介質(zhì)隔離區(qū)域60a和60b(以及溝槽62a和62b)可包圍電觸點(diǎn)20a以將電觸點(diǎn)20a與任何附近的導(dǎo)電區(qū)域電隔離。關(guān)于例如電觸點(diǎn)隔離的制造、特點(diǎn)、屬性、替代、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)在全部?jī)?nèi)容如上所述以參考的方式結(jié)合于此的具有溝槽隔離的觸點(diǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請(qǐng)中有描述。
如上所述，電觸點(diǎn)20a和20b可用來測(cè)量、檢測(cè)和/或采樣例如可動(dòng)梁14的溫度。在這點(diǎn)上，溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32(未示出)可結(jié)合電觸點(diǎn)20a和20b以測(cè)量、檢測(cè)和/或采樣可動(dòng)梁14的電阻。對(duì)于給定的測(cè)量電流，這個(gè)控制電路系統(tǒng)24(未示出)可利用可動(dòng)梁14的電阻來確定和/或計(jì)算可動(dòng)梁14的工作溫度。
在另一實(shí)施例中，除了將溫度傳感器26布置在可動(dòng)梁14之中或之上之外或者替代地，物理/離散的溫度傳感器26可布置在錨定部16a和16b中。(參見圖15和16)。有利地是將傳感器26包括在錨定部16a和16b中以便特別地獲得機(jī)械結(jié)構(gòu)12與溫度相關(guān)的額外信息從而改進(jìn)計(jì)算和/或確定可動(dòng)梁14工作溫度的精度。另外，這種信息也可以有助于更精確或適合地控制流過加熱元件44a和/或44b的電流(由電源28提供)的量。這樣，控制電路系統(tǒng)24可更準(zhǔn)確地控制電源28和調(diào)節(jié)通過加熱元件44a和44b的電流從而將可動(dòng)梁14保持在恒定(或相對(duì)恒定)和/或預(yù)定或期望的溫度。
物理/離散的溫度傳感器26可用來采樣可動(dòng)梁14的工作溫度(例如布置和/或定位在MEMS共振器10基片之上或之中的二極管、晶體管、電阻器或可變電阻器、和/或一個(gè)或多個(gè)MEMS溫度換能器)。參照?qǐng)D17和18，在一個(gè)實(shí)施例中，溫度傳感器26可布置在可動(dòng)梁14之中或之上。這樣，就可以確定可動(dòng)梁14高度精確的工作溫度。
特別地，如上所述，錨定部16可采用用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)所述和所示的錨定技術(shù)。參照?qǐng)D19A和19B，錨定結(jié)構(gòu)64可利用用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)所述和所示的技術(shù)來形成。為了簡(jiǎn)明的圓管，用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)的錨定技術(shù)的細(xì)節(jié)將不再詳細(xì)地重復(fù)。然而，再次特別地指出，用于微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容，包括例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、替代、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)以參考的方式結(jié)合于此。
參照?qǐng)D20-23，在另一實(shí)施例中，加熱元件44與可動(dòng)梁14的縱軸平行地布置。在這個(gè)實(shí)施例中，加熱元件44可利用傳導(dǎo)和對(duì)流型加熱來加熱可動(dòng)梁14。也就是說，加熱元件44利用傳導(dǎo)加熱錨定部16a和16b，并且此外，可以加熱腔室52內(nèi)的流體(氣體或蒸汽)(如果有的話)，所述流體將熱賦予懸垂在其中的可動(dòng)梁14。
特別地，加熱元件44可由導(dǎo)電材料(例如金屬材料)或半導(dǎo)體材料(例如硅和/或鍺)構(gòu)成。加熱元件44可布置在基片50之上或上(參見例如圖20-23)或者在基片50內(nèi)(參見例如圖24-28)。實(shí)際上，加熱元件44可包括腔室內(nèi)的多個(gè)元件(參見例如圖28)。多個(gè)加熱元件可更加均勻和柔性/可控地加熱腔室。也就是說，所述多個(gè)元件中每個(gè)加熱元件的熱貢獻(xiàn)可由控制電路系統(tǒng)24連同電源28一起獨(dú)立地或相關(guān)地控制。
加熱元件44可選擇性地定位在腔室內(nèi)以便對(duì)可動(dòng)梁14聚焦地、傾向性地和/或選擇性地加熱。例如，加熱元件44可在腔室內(nèi)布置在可動(dòng)梁14之上。(參見例如圖29、30和31)。在這點(diǎn)上，加熱元件44可懸掛在可動(dòng)梁14之上，其方式為提供傳導(dǎo)和對(duì)流型加熱(參見例如圖30)。而且，在另一實(shí)施例中，加熱元件44可懸掛在可動(dòng)梁14之上，其方式為通過錨定部16a的傳導(dǎo)型加熱較少(參見例如圖31)。
在又一實(shí)施例中，加熱元件44布置在可動(dòng)梁14之中或之上從而提供傳導(dǎo)和/或電阻型加熱(參見例如圖32)。在這點(diǎn)上，如上相對(duì)于圖2、3A和3B的描述，加熱元件44可通過摻雜入與可動(dòng)梁14內(nèi)雜質(zhì)(如果有的話)具有相同或相反傳導(dǎo)性的雜質(zhì)而形成于可動(dòng)梁14中。例如，可動(dòng)梁14可包括n型雜質(zhì)(比如磷或砷)并且加熱元件44可通過用其它n型雜質(zhì)將可動(dòng)梁14的選定區(qū)域摻雜而形成和/或創(chuàng)建在可動(dòng)梁14之中或之上。這樣，電流的主要部分將通過加熱元件44，并且這樣就提供了傳導(dǎo)和電阻型加熱。
如上所述，可選地，可動(dòng)梁14可用P型雜質(zhì)(比如硼以形成p型區(qū)域)來很重地反摻雜以形成和/或創(chuàng)建加熱元件44。這樣，在形成可動(dòng)梁14以及通過將選定電壓施加于可動(dòng)梁14和加熱元件44之后，就存在著一個(gè)相反偏置的接合點(diǎn)以使得加熱元件44與可動(dòng)梁14的其余部分電“隔絕”。
為了簡(jiǎn)明的緣故，關(guān)于圖2、3A和3B的描述在此就不再詳細(xì)重復(fù)；然而，所有發(fā)明和實(shí)施例(及其變型)完全可用于本發(fā)明的這個(gè)方面。
在另一實(shí)施例中，加熱元件44包括多個(gè)處于包含機(jī)械結(jié)構(gòu)12的腔室之內(nèi)或之上的多個(gè)元件。例如，參照?qǐng)D33和34，在一個(gè)實(shí)施例中，加熱元件44a-c定位在腔室內(nèi)以提供可動(dòng)梁14聚焦的、傾向性的和/或選擇性的加熱。這樣，控制電路系統(tǒng)24(未示出)可精確地控制一個(gè)或多個(gè)電源28(未示出)以便調(diào)節(jié)/控制通過加熱元件44a、44b和/或44c的電流從而將可動(dòng)梁14(例如可動(dòng)梁14的整個(gè)長(zhǎng)度)保持在恒定(或相對(duì)恒定)和/或預(yù)定或預(yù)期的溫度。
參照?qǐng)D35、36A、36B、37和38，在另一實(shí)施例中，加熱元件44a-d可定位在腔室內(nèi)和/或腔室的“壁”內(nèi)，其中可動(dòng)梁14從多個(gè)方向被利用傳導(dǎo)和/或利用電阻加熱。尤其，參照?qǐng)D35、36A和36B，加熱元件44a-d可布置和/或定位在腔室內(nèi)以便提供可動(dòng)梁14聚焦的、傾向性的和/或選擇性的加熱。如上所述，控制電路系統(tǒng)24可精確地控制可動(dòng)梁14(例如可動(dòng)梁14的整個(gè)長(zhǎng)度)的溫度從而將其溫度保持在恒定(或相對(duì)恒定)和/或預(yù)定或預(yù)期的溫度。
特別地，加熱元件44可布置在其中駐留有機(jī)械結(jié)構(gòu)12的腔室之內(nèi)或之上。例如，加熱元件44可布置在封裝結(jié)構(gòu)54中(參見例如圖37中的加熱元件44b)。而且，加熱元件44可同時(shí)加熱錨定部16和可動(dòng)梁14(參見例如圖37中的加熱元件44d)。而且，加熱元件44可提供電阻和/或傳導(dǎo)的加熱(參見例如圖38中的加熱元件44b)。實(shí)際上，加熱元件44可形成為具有不同的尺寸、形狀、寬度和/或長(zhǎng)度(參見例如圖36B、37、39A-C中的加熱元件44a-d)。
如上所述，控制電路系統(tǒng)24確定和/或計(jì)算保持和/或控制機(jī)械結(jié)構(gòu)12工作溫度以及從而例如在環(huán)境溫度范圍之上提供預(yù)定、選定、期望和/或限定的輸出頻率所必須的電流。控制電路系統(tǒng)24采用來自溫度傳感器26(例如布置和/或定位在MEMS共振器10基片之上或之中的二極管、晶體管、電阻器或可變電阻器、和/或一個(gè)或多個(gè)MEMS溫度換能器)的信息/數(shù)據(jù)來適當(dāng)?shù)乜刂齐娫?8。
在一個(gè)實(shí)施例中，溫度傳感器26可應(yīng)用在緊靠可動(dòng)梁14和/或錨定部20之處之上和/或之內(nèi)以便測(cè)量、傳感和/或采樣關(guān)于可動(dòng)梁14實(shí)際溫度的信息(參見例如圖40、41、42和43)。溫度傳感器26將關(guān)于可動(dòng)梁14實(shí)際溫度的信息提供給控制電路系統(tǒng)24。這樣，控制電路系統(tǒng)24可確定或計(jì)算可動(dòng)梁14的工作溫度，并且相應(yīng)地控制和/或指示電源28施加或提供通過加熱元件44的電流從而通過加熱元件44和/或可動(dòng)梁14的電阻加熱來電阻地和/或傳導(dǎo)地加熱可動(dòng)梁14?？刂齐娐废到y(tǒng)24可利用如上詳細(xì)描述的多種常規(guī)反饋和/或控制技術(shù)之一來將實(shí)際工作溫度與預(yù)定、選定和/或期望的工作溫度相比較。
控制電路系統(tǒng)24(連同溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32一起)可周期性地、間歇地和/或持續(xù)地采樣、檢查、測(cè)量和/或測(cè)定可動(dòng)梁14的工作溫度從而檢測(cè)、確定或預(yù)測(cè)MEMS共振器10輸出頻率中的變化。這樣，就改進(jìn)了可動(dòng)梁14工作溫度的控制。也就是說，通過周期性地、間歇地和/或持續(xù)地確定可動(dòng)梁14與溫度測(cè)量電流和/或溫度測(cè)量電壓相關(guān)的電阻值，并且利用電阻值來計(jì)算適合的工作溫度，就實(shí)現(xiàn)了溫度反饋電路(參見例如圖7、8A和8B)。
控制電路系統(tǒng)24可使用表示可動(dòng)梁14工作溫度的數(shù)據(jù)/信息來控制電源28。在這點(diǎn)上，電源28可變化和/或改變施加通過加熱元件44的電流并且從而調(diào)節(jié)可動(dòng)梁14的工作溫度。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，梁結(jié)構(gòu)的電阻被用作一種形式的溫度反饋信息。溫度反饋信息被用來控制施加于電觸點(diǎn)20的加熱電流。
特別地，如上所述，電觸點(diǎn)20a和20b可用來便于測(cè)量、檢測(cè)和/或采樣可動(dòng)梁14的溫度。在這點(diǎn)上，溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32可結(jié)合至電觸點(diǎn)20a和20b以便測(cè)量、檢測(cè)和/或采樣可動(dòng)梁14的電阻。對(duì)于給定的測(cè)量電流，這種控制電路系統(tǒng)24可利用可動(dòng)梁14的電阻來確定和/或計(jì)算可動(dòng)梁14的工作溫度。
如上所述，有很多用來檢測(cè)、采樣、測(cè)量和/或測(cè)定可動(dòng)梁14工作溫度的技術(shù)和/配置。例如，控制電路系統(tǒng)24可采用查看表和/或(包含在存儲(chǔ)器中的)預(yù)定或數(shù)學(xué)關(guān)系來調(diào)節(jié)和/或控制MEMS共振器10某些梁結(jié)構(gòu)(例如可動(dòng)梁14)的加熱從而補(bǔ)償和/或修正環(huán)境溫度(即MEMS共振器10的溫度)中的變化。還是如上所述，所有技術(shù)和/或配置，無論是已知的還是以后開發(fā)的，包括上述的那些，都處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
而且，在本發(fā)明的這個(gè)方面，MEMS共振器可采用任何類型設(shè)計(jì)和/或控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)12。例如，機(jī)械結(jié)構(gòu)12能以懸臂梁、音叉梁結(jié)構(gòu)的形式構(gòu)造，包括一個(gè)或多個(gè)可動(dòng)電極，或者可以如圖6、9-11所示的那樣構(gòu)造。實(shí)際上，本發(fā)明這個(gè)方面的MEMS共振器10還可以采用關(guān)于圖12A-D所述和所示的補(bǔ)償構(gòu)造和技術(shù)。
本發(fā)明能以布置在例如SOI基片上的MEMS共振器10與控制電路系統(tǒng)24、溫度傳感器26、電源28(未示出)和/或溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32(未示出)具有整體構(gòu)造的方式來實(shí)施(參見例如圖44A-44D)。特別地，參照?qǐng)D44E-44G，MEMS共振器10和控制電路系統(tǒng)24、溫度傳感器26、電源28(未示出)和/或溫度測(cè)量電路系統(tǒng)32(未示出)可布置在分離的基片(即50a和50b)上。在這個(gè)實(shí)施例中，各種控制和數(shù)據(jù)信號(hào)(例如電流和溫度信息)可利用將位于基片50a和50b上的接合墊相互電連接的導(dǎo)線連接66來交換。
本文描述和示出了很多發(fā)明。雖然已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性和優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，從說明書、附圖和權(quán)利要求中，本發(fā)明的很多其它以及不同和/或類似的實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。這樣，本文所述和所示的本發(fā)明的實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)并不是窮盡的，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的這種其它、類似以及不同的實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)都處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，加熱元件能以很多不同和變化的構(gòu)造來布置從而提供可動(dòng)梁14聚焦的、傾向性的和/或選擇性的加熱。例如，一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的加熱元件可布置在其中駐留有機(jī)械結(jié)構(gòu)12的腔室內(nèi)(參見例如圖28、33、35、39A-39C和45)。這樣，控制電路系統(tǒng)24可更加精確地控制可動(dòng)梁14的溫度并且將其溫度保持在恒定(或相對(duì)恒定)和/或預(yù)定或期望的溫度。
給加熱元件提供電流的電源可包括一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的電源以便提供可動(dòng)梁加熱/溫度控制的靈活性。例如，多個(gè)電源之一可“專用于”一個(gè)或多個(gè)加熱元件。在這點(diǎn)上，圖35中加熱元件44a-d中的每個(gè)可通過一個(gè)或多個(gè)電源獨(dú)立地控制。獨(dú)立或相關(guān)地控制該多個(gè)加熱元件的所有變化和構(gòu)造都將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
而且，本發(fā)明可采用任何溫度傳感器或傳感技術(shù)，無論是已知的還是以后開發(fā)的。例如，本發(fā)明可采用利用可動(dòng)梁本身作為布置在MEMS共振器內(nèi)的第一溫度傳感器和至少一個(gè)第二溫度傳感器的溫度傳感技術(shù)，所述溫度傳感器測(cè)量例如遠(yuǎn)離加熱元件或者布置得與之足夠地遠(yuǎn)以使得加熱元件不會(huì)阻止傳感器檢測(cè)、采樣和/或測(cè)量基片溫度的基片的溫度。在這個(gè)實(shí)施例中，可動(dòng)梁的不一致溫度可取決于期望梁溫度和基片溫度之間的溫度差。因而，通過計(jì)算和/或確定這個(gè)差值，可動(dòng)梁的實(shí)際溫度可以利用例如將前述差值與實(shí)際溫度相關(guān)聯(lián)的查看表來近似和/或外插值。可選地，控制電路系統(tǒng)可采用預(yù)定或數(shù)學(xué)關(guān)系來估計(jì)可動(dòng)梁的溫度，其中所述關(guān)系使用期望的梁溫度和基片溫度之間的溫度差。這種溫度傳感技術(shù)可顯著地改進(jìn)可動(dòng)梁的溫度估計(jì)，這又會(huì)導(dǎo)致MEMS共振器輸出信號(hào)頻率提高的準(zhǔn)確度。
而且，本發(fā)明可在通過變化、改變和/或控制可動(dòng)梁工作溫度而動(dòng)態(tài)地和/或靜態(tài)地變化可動(dòng)梁共振頻率的系統(tǒng)中實(shí)施。在這點(diǎn)上，控制電路系統(tǒng)連同溫度傳感器、電源和/或溫度測(cè)量電路系統(tǒng)一起可用來基于MEMS共振器的期望、預(yù)定和/或可選輸出頻率來確定可動(dòng)梁適合的或預(yù)定的溫度。這種變化、改變和/或控制可以是該系統(tǒng)調(diào)節(jié)或啟動(dòng)步驟和/或動(dòng)態(tài)操作要求的一部分。
如上所述，MEMS共振器10可采用任何類型的MEMS設(shè)計(jì)和/或控制，無論是已知的還是以后開發(fā)的，包括以上詳細(xì)描述的那些。因此，所示例子的共振器構(gòu)造并非以限定的方式構(gòu)造或解釋。
而且，如上所述，MEMS共振器10可利用任何薄膜封裝技術(shù)來封裝，無論是已知的還是以后開發(fā)的。例如，本發(fā)明可采用2003年6月4日提交并指定序列號(hào)No.10/454,867的名稱為“Microelectromechanical Systems，and Method of Encapsulatingand Fabricating Same(微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝和制造方法)”的非臨時(shí)專利申請(qǐng)(下文中稱為“微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請(qǐng)”)所述和所示的封裝技術(shù)。在這點(diǎn)上，根據(jù)本發(fā)明的MEMS共振器10的任何和所有實(shí)施例可利用微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請(qǐng)所述和所示的技術(shù)來封裝。而且，根據(jù)本發(fā)明的MEMS共振器10還可以包括或采用如微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請(qǐng)所述和所示的將接觸區(qū)域和/或場(chǎng)效應(yīng)區(qū)與其它導(dǎo)電材料電隔離的技術(shù)。為了簡(jiǎn)明的緣故，微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請(qǐng)的封裝和隔離技術(shù)與本文所述和所示發(fā)明相結(jié)合實(shí)施的情況將不再重復(fù)。然而，特別指出的是，微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容，包括例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、替代、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)都以參考的方式結(jié)合于此。
而且，雖然已經(jīng)就包括微機(jī)電結(jié)構(gòu)或元件的微機(jī)電系統(tǒng)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于此。而是，本文所述的發(fā)明可應(yīng)用于其它微機(jī)電系統(tǒng)，包括例如納米微機(jī)電系統(tǒng)。因而，本發(fā)明可涉及根據(jù)將機(jī)械部件的尺寸減小至大致可與微電子相比較的制造技術(shù)(比如光刻和其它精密制造技術(shù))制作的微機(jī)電系統(tǒng)，例如共振器。
本說明書中所使用的詞語“共振器”、“MEMS共振器”或“微機(jī)械共振器”涵蓋廣泛種類的顯微加工結(jié)構(gòu)及這些結(jié)構(gòu)的有用組合。這種組合通常包括電子電路系統(tǒng)，比如用來驅(qū)動(dòng)、激勵(lì)和控制共振器的電路系統(tǒng)。顯微加工結(jié)構(gòu)，比如孔、通道、懸臂、彎曲梁、彈簧、音叉、膜片、基片錨定部、電觸點(diǎn)等，構(gòu)造出更復(fù)雜設(shè)備(比如換能器)的區(qū)塊。換能器通常是能將一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種的任何設(shè)備。換能器(包括傳感器和致動(dòng)器)是其類型為易于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明益處的設(shè)備的例子。
目前的共振器通常包括至少一個(gè)在下文中通稱為“梁結(jié)構(gòu)”的顯微加工結(jié)構(gòu)。該詞語被寬泛地構(gòu)造為覆蓋被設(shè)計(jì)來在由外力(例如電的、磁的和/或物理的)致動(dòng)時(shí)機(jī)械地運(yùn)動(dòng)的任何換能器。單個(gè)彎曲梁、多梁音又是梁結(jié)構(gòu)的例子。連續(xù)和離散的結(jié)構(gòu)都涵蓋在詞語“梁結(jié)構(gòu)”之內(nèi)。
還應(yīng)當(dāng)說明的是，雖然已經(jīng)結(jié)合SOI描述了本發(fā)明，但是其它基片也是適合的。例如，第一半導(dǎo)體層可以是元素周期表中的IV族元素，例如硅、鍺、碳；也可以是它們的組合，例如硅鍺、碳化硅；也可以是III-V族化合物，例如磷化鎵、磷化鍺鋁，或者其它III-V族組合；也可以是III、IV、V或VI族元素的組合，例如氮化硅、二氧化硅、碳化鋁或者氧化鋁；也可以是金屬硅化物、鍺化物和碳化物，例如硅化鎳、硅化鈷、碳化鎢或者硅化鍺鉑；也可以是摻雜的變化，包括磷、砷、銻、硼，或者摻鋁的硅、鍺或碳，或者類似于硅鍺的組合物；也可以是具有各種晶體結(jié)構(gòu)的這些材料，包括單晶體、多晶體、納米晶體，或者非晶體，也可以是晶體結(jié)構(gòu)的組合，例如具有單晶和多晶結(jié)構(gòu)區(qū)域(摻雜的或者未摻雜的)。實(shí)際上，第一半導(dǎo)體層也可以是金屬或金屬型材料(在此情況下其將是置于第一基片層上的第一傳導(dǎo)層)。特別地，機(jī)械結(jié)構(gòu)(例如可動(dòng)梁14)可由與第一半導(dǎo)體層相同的上述材料構(gòu)成。
用來構(gòu)成例如可動(dòng)梁14的材料的特點(diǎn)通常在于很好理解的電阻溫度系統(tǒng)(TCR)。TCR值可用來使梁結(jié)構(gòu)的測(cè)量電阻等同于其實(shí)際溫度的近似值。因而，已知TCR值時(shí)，MEMS設(shè)計(jì)者可將梁結(jié)構(gòu)的測(cè)量電阻值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)實(shí)際溫度的準(zhǔn)確近似值。這可以利用很多不同的技術(shù)和/或模型來完成，并且因此，所有這種技術(shù)和/或模型，無論是已知的還是以后開發(fā)的，都將處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
還應(yīng)當(dāng)說明的是，詞語“電路”尤其可意味著，主動(dòng)的和/或被動(dòng)的并且結(jié)合起來以提供或執(zhí)行期望功能的單個(gè)部件或多個(gè)部件(無論是集成電路形式或者其它形式)。詞語“電路系統(tǒng)”尤其可意味著，電路(集成或其它的)、一組這樣的電路、處理器、狀態(tài)機(jī)、一組狀態(tài)機(jī)、軟件、執(zhí)行軟件的處理器、或者是電路(集成或其它的)、一組這樣的電路、狀態(tài)機(jī)、一組狀態(tài)機(jī)、軟件、處理器和/或執(zhí)行軟件的處理器、處理器和電路、和/或執(zhí)行軟件的處理器和電路的組合。
最后，詞語“數(shù)據(jù)”尤其可意味著模擬或數(shù)字形式的電流或電壓信號(hào)。詞語“測(cè)量”尤其意味著采樣、傳感、檢查、檢測(cè)、監(jiān)視和/或捕獲。短語“進(jìn)行測(cè)量”等意味著例如進(jìn)行采樣、傳感、檢查、檢測(cè)、監(jiān)視和/或捕獲。
權(quán)利要求
1.一種MEMS共振器，其共振頻率被相關(guān)于工作溫度限定，所述MEMS共振器包括包括第一電觸點(diǎn)的第一基片錨定部；包括第二電觸點(diǎn)的第二基片錨定部；布置在第一和第二基片錨定部之間并且電結(jié)合至第一和第二電觸點(diǎn)的梁結(jié)構(gòu)；和電源，其結(jié)合至第一和第二電觸點(diǎn)以便為梁結(jié)構(gòu)提供電流并且從而加熱梁結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，其特征在于，梁結(jié)構(gòu)在第一端處固定至第一基片錨定部并且在第二端處固定至第二基片錨定部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，其特征在于，電源適于將電流提供給第一電觸點(diǎn)或第二電觸點(diǎn)，并且其中梁結(jié)構(gòu)由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，還包括溫度傳感器，其布置在梁結(jié)構(gòu)附近以測(cè)量溫度；和控制電路系統(tǒng)，其結(jié)合至溫度傳感器，以便產(chǎn)生控制信息并將控制信息提供給電源以將梁結(jié)構(gòu)保持在工作溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的MEMS共振器，其特征在于，控制電路系統(tǒng)響應(yīng)于由溫度傳感器所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，利用包含在查看表中的數(shù)學(xué)關(guān)系或數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，其特征在于，梁結(jié)構(gòu)包括單個(gè)振蕩梁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，其特征在于，梁結(jié)構(gòu)包括多個(gè)布置在第一和第二基片錨定部之間的可動(dòng)梁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，其特征在于，第一和第二基片錨定部中的至少一個(gè)包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，其特征在于，梁結(jié)構(gòu)包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的MEMS共振器，其特征在于，梁結(jié)構(gòu)包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)；并且第一和第二基片錨定部中的至少一個(gè)包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
11.一種MEMS共振器，其共振頻率被相關(guān)于工作溫度限定，所述MEMS共振器包括包括第一電觸點(diǎn)的第一基片錨定部；包括第二電觸點(diǎn)的第二基片錨定部；第一梁，其由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料構(gòu)成并且電連接在第一和第二電觸點(diǎn)之間；第一可動(dòng)梁，其第一端熱結(jié)合至所述第一梁；和電源，其結(jié)合至第一電觸點(diǎn)以便將受控的電流提供給第一電觸點(diǎn)并且從而加熱第一梁。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的MEMS共振器，還包括包括第三電觸點(diǎn)的第三基片錨定部；包括第四電觸點(diǎn)的第四基片錨定部；第二梁，其由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料構(gòu)成并且電連接在第三和第四電觸點(diǎn)之間；其中第一可動(dòng)梁包括熱結(jié)合至第二梁的第二端；和其中電源還結(jié)合至第三電觸點(diǎn)以便將受控的電流提供給第三電觸點(diǎn)并且從而加熱第二梁。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的MEMS共振器，還包括溫度測(cè)量電路系統(tǒng)以確定第一可動(dòng)梁的電阻。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的MEMS共振器，其特征在于，溫度測(cè)量電路系統(tǒng)將電信號(hào)施加于第一可動(dòng)梁，并測(cè)量第一可動(dòng)梁對(duì)電信號(hào)的反應(yīng)以便確定表示第一可動(dòng)梁溫度的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的MEMS共振器，其特征在于，電信號(hào)是交流或直流電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的MEMS共振器，其特征在于，電信號(hào)是交流或直流電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的MEMS共振器，還包括控制電路系統(tǒng)，其結(jié)合至溫度測(cè)量電路系統(tǒng)，以便產(chǎn)生控制信息并將控制信息提供給電源以將第一可動(dòng)梁保持在預(yù)定的工作溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的MEMS共振器，其特征在于，控制電路系統(tǒng)響應(yīng)于表示第一可動(dòng)梁溫度的信息，利用包含在查看表中的數(shù)學(xué)關(guān)系或數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信息。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的MEMS共振器，還包括溫度傳感器，其布置在第一可動(dòng)梁附近以測(cè)量溫度；和控制電路系統(tǒng)，其結(jié)合至溫度傳感器，以便產(chǎn)生控制信息并將控制信息提供給電源以控制第一可動(dòng)梁的工作溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的MEMS共振器，其特征在于，控制電路系統(tǒng)響應(yīng)于由溫度傳感器所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，利用包含在查看表中的數(shù)學(xué)關(guān)系或數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信息。
21.根據(jù)權(quán)利要求11的MEMS共振器，還包括第二可動(dòng)梁，其第一端熱結(jié)合至所述第一梁。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的MEMS共振器，還包括包括第三電觸點(diǎn)的第三基片錨定部；包括第四電觸點(diǎn)的第四基片錨定部；第二梁，其由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料構(gòu)成并且電連接在第三和第四電觸點(diǎn)之間；其中第一和第二可動(dòng)梁每個(gè)都包括熱結(jié)合至第二梁的第二端；和其中電源還結(jié)合至第三電觸點(diǎn)以便將受控的電流提供給第三電觸點(diǎn)并且從而加熱第二梁。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的MEMS共振器，其特征在于，電源包括第一電源，其結(jié)合至第一電觸點(diǎn)以將受控的電流提供給第一電觸點(diǎn)并且從而加熱第一梁；和第二電源，其結(jié)合至第三電觸點(diǎn)以將受控的電流提供給第三電觸點(diǎn)并且從而加熱第二梁。
24.根據(jù)權(quán)利要求11的MEMS共振器，其特征在于，第一基片錨定部包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的MEMS共振器，還包括電結(jié)合至第一電觸點(diǎn)的第一測(cè)試觸點(diǎn)；和電結(jié)合至第二電觸點(diǎn)的第二測(cè)試觸點(diǎn)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的MEMS共振器，還包括溫度測(cè)量電路系統(tǒng)，其結(jié)合至第一和第二測(cè)試觸點(diǎn)，以將電信號(hào)施加于其上從而確定表示第一可動(dòng)梁溫度的信息。
27.根據(jù)權(quán)利要求11的MEMS共振器，其特征在于，第一可動(dòng)梁包括多個(gè)彈簧和振蕩體。
28.根據(jù)權(quán)利要求22的MEMS共振器，其特征在于，第一可動(dòng)梁包括多個(gè)離散的振蕩器，其中每個(gè)離散的振蕩器包括彈簧和振蕩體。
29.根據(jù)權(quán)利要求22的MEMS共振器，其特征在于，第一和第二基片錨定部中的至少一個(gè)包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
30.一種控制MEMS共振器的共振頻率的方法，其中MEMS共振器包括包括第一電觸點(diǎn)的第一基片錨定部；包括第二電觸點(diǎn)的第二基片錨定部；和第一端由第一基片錨定部所固定且第二端由第二基片錨定部所固定的梁結(jié)構(gòu)，該方法包括將加熱電流從第一電觸點(diǎn)傳送到第二電觸點(diǎn)以便加熱梁結(jié)構(gòu)；和與梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作溫度相關(guān)地調(diào)節(jié)加熱電流。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，還包括利用布置在梁結(jié)構(gòu)附近的溫度傳感器來測(cè)量實(shí)際工作溫度。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其特征在于，梁結(jié)構(gòu)包括多個(gè)振蕩梁。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其特征在于，梁結(jié)構(gòu)包括多梁音叉結(jié)構(gòu)，其中多梁音叉結(jié)構(gòu)中的每個(gè)梁包括由第一基片錨定部所固定的第一端和由第二基片錨定部所固定的第二端。
34.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其特征在于，第一和第二基片錨定部中的至少一個(gè)包括由多種材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述多種材料中的至少兩種材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。
35.一種控制MEMS共振器的共振頻率的方法，其中MEMS共振器包括包括第一電觸點(diǎn)的第一基片錨定部；包括第二電觸點(diǎn)的第二基片錨定部；和第一端由第一基片錨定部所固定且第二端由第二基片錨定部所固定的梁結(jié)構(gòu)，該方法包括將加熱電流從第一電觸點(diǎn)傳送到第二電觸點(diǎn)以便將梁結(jié)構(gòu)保持在工作溫度；和與梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算電阻相關(guān)地調(diào)節(jié)加熱電流。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，還包括通過在第一電觸點(diǎn)和第二電觸點(diǎn)之間施加測(cè)量電壓來計(jì)算梁結(jié)構(gòu)的電阻并與測(cè)量電壓相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，還包括通過使測(cè)量電流從第一電觸點(diǎn)傳送至第二電觸點(diǎn)來計(jì)算梁結(jié)構(gòu)的電阻并與測(cè)量電流相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。
38.一種在工作溫度下控制MEMS共振器的共振頻率的方法，其中MEMS共振器包括固定在第一和第二電觸點(diǎn)之間的第一基片錨定部；以及第一端熱結(jié)合至第一基片錨定部的梁結(jié)構(gòu)，該方法包括將第一基片錨定部加熱至工作溫度；和與第一基片錨定部的計(jì)算電阻相關(guān)地將第一基片錨定部保持在工作溫度。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，保持第一基片錨定部工作溫度的步驟還包括在第一和第二電觸點(diǎn)之間施加測(cè)量電壓；和與測(cè)量電壓相關(guān)地確定第一基片錨定部的電阻。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，加熱第一基片錨定部的步驟還包括將第一加熱電流從第一電觸點(diǎn)傳送至第二電觸點(diǎn)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其特征在于，保持第一基片錨定部工作溫度的步驟還包括在第一和第二電觸點(diǎn)之間傳送測(cè)量電流；和與測(cè)量電流相關(guān)地確定第一基片錨定部的電阻。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，MEMS共振器還包括固定在第三和第四電觸點(diǎn)之間的第二基片錨定部，并且其中梁結(jié)構(gòu)還包括熱結(jié)合至第二基片錨定部的第二端，該方法還包括將第二加熱電流從第三電觸點(diǎn)傳送到第四電觸點(diǎn)以便將第二基片錨定部加熱至工作溫度；和與梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算電阻相關(guān)地保持第一和第二基片錨定部中至少一個(gè)的工作溫度。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其特征在于，保持第一和第二基片錨定部中至少一個(gè)的工作溫度的步驟還包括在選自于第一和第二電觸點(diǎn)中的一個(gè)電觸點(diǎn)和選自于第三和第四電觸點(diǎn)中的另一電觸點(diǎn)之間施加測(cè)量電壓；和與測(cè)量電壓相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其特征在于，保持第一和第二基片錨定部中至少一個(gè)的工作溫度的步驟還包括在選自于第一和第二電觸點(diǎn)中的一個(gè)電觸點(diǎn)和選自于第三和第四電觸點(diǎn)中的另一電觸點(diǎn)之間傳送測(cè)量電流；和與測(cè)量電流相關(guān)地確定梁結(jié)構(gòu)的電阻。
全文摘要
這里描述和示出了很多發(fā)明。在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及溫度補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電共振器以及制造、生產(chǎn)、提供和/或控制具有一種機(jī)械結(jié)構(gòu)的微機(jī)電共振器，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括集成的加熱和/或溫度傳感元件。在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制造、生產(chǎn)、提供和/或控制具有一種機(jī)械結(jié)構(gòu)的微機(jī)電共振器，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)利用薄膜或晶片級(jí)封裝技術(shù)封裝在腔室內(nèi)并且包括布置在腔室內(nèi)、腔室上和/或集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)的加熱和/或溫度傳感元件。從這里的詳細(xì)描述和權(quán)利要求中本發(fā)明的其它方面將會(huì)很明顯。
文檔編號(hào)H03H9/24GK1951009SQ200480042290
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者盧茨·馬庫(kù)斯, 阿龍·帕特里奇 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司