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电容式微机械谐振器与滤波器

王蕴达  
【摘要】: 随着电子设备对高性能、微小型化的进一步要求,电子元器件都在向高性能、低成本、低功耗的方向发展。高Q值,小型化的谐振器、滤波器成为未来电子通信系统片上化和小型化的瓶颈。射频微机械谐振器与滤波器具有MEMS器件所特有的功耗低,体积小,可大批量生产和使用以及可望与电路集成的优点,并且继承了机械选频元件高Q值,选频特性好的优点,成为下一代通信系统的研究热点。 本文设计并制造了基于梁结构的电容式谐振器和滤波器。首先分析谐振器的工作原理并建立了谐振器和滤波器的物理模型。并利用有限元分析工具结合电路仿真软件讨论了谐振器的设计方法。利用有限元分析工具得到了谐振器的中心频率频后,在机电类比的基础上,建立了谐振器的电路模型并利用电路仿真软件进行了分析,得到了谐振器的电学仿真结果并根据结果分析了谐振器设计参数和寄生参数对测试结果的影响。 利用两层多晶硅表面微机械加工工艺加工制作了双端固支梁、双端自由梁,等谐振器以及双端固支梁滤波器。对工艺流水中遇到的电化学腐蚀,金属铝的腐蚀等现象进行了讨论,并针对在氢氟酸释放过程中被腐蚀的问题提出了一种金属保护的方法。实验结果表明这种方法可以有效地保护铝金属。 利用网络分析仪,探针台,真空装置搭建了探针测试平台和真空测试平台,并对所制造的谐振器和滤波器进行了电学测试,得到了器件的电学测试结果并对结果进行了讨论。测试结果很好的符合了设计值和理论规律。 最后,文章讨论了微机械谐振器和滤波器未来的研究重点和方向。


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