專(zhuān)利名稱(chēng)：用于調(diào)整mems諧振器頻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)和/或納機(jī)電系統(tǒng)(以下都稱(chēng)作“微機(jī)電系統(tǒng)”)及其制造技術(shù)；尤其涉及調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇微機(jī)電諧振器的輸出頻率這方面。
許多傳統(tǒng)微機(jī)結(jié)構(gòu)基于梁結(jié)構(gòu)對(duì)所施加力的響應(yīng)(例如振動(dòng)、偏斜或扭轉(zhuǎn))。這些梁結(jié)構(gòu)常用單晶或多晶半導(dǎo)體制造。這些材料有很好的力學(xué)強(qiáng)度和高的固有品質(zhì)因數(shù)。
然而，這些微機(jī)結(jié)構(gòu)的制造和材料公差(material tolerance)常明顯影響該結(jié)構(gòu)的操作和/或功能。例如，微機(jī)電諧振器的好壞典型地取決于彎曲梁和橫向振動(dòng)梁結(jié)構(gòu)。在這點(diǎn)上，制造和材料公差有可能導(dǎo)致這些諧振器的諧振頻率發(fā)生很大的變化。
特別地，傳統(tǒng)諧振器的梁結(jié)構(gòu)在形狀和/或橫截面上常是矩形。如關(guān)于平行于梁的寬度(w)的振動(dòng)方向計(jì)算得到的，梁的機(jī)械剛度(kM)與它的楊氏模量(E)和具有矩形橫截面的梁幾何形狀的某些測(cè)量值，長(zhǎng)度(L)、高度(h)成比例，即kM≈E·h·w3L3]]>方程1在不考慮靜電力的情況下，因此，在這些假設(shè)下，梁的諧振頻率(f)可以由以下方程來(lái)定義f≈12·π·kMmeff]]>方程2這里meff是該梁諧振振型(resonating mode shape)的有效質(zhì)量。
因此，如從方程1和2顯而易見(jiàn)的，微機(jī)電諧振器的(運(yùn)動(dòng))梁或電極的尺寸和有效質(zhì)量，以及精確重復(fù)控制這種尺寸和質(zhì)量的能力對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)(和/或控制)諧振器的諧振頻率是關(guān)鍵的。
雖然傳統(tǒng)制造微機(jī)電諧振器的過(guò)程是相當(dāng)精確的，但是這些過(guò)程有固有的工程技術(shù)或工藝公差。相似地，材料特征和/或特性的公差/范圍引起在楊氏模量上的差別，這很難在制造前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、補(bǔ)償、處理和/或預(yù)定。這些制造和材料公差甚至?xí)谙嗤O(shè)計(jì)的諧振器之間導(dǎo)致相對(duì)大的頻率變化。事實(shí)上，甚至在經(jīng)歷相同處理/制造過(guò)程的微機(jī)電諧振器之間，例如，在同一晶片上制造的諧振器，這些頻率變化也可能是顯著的(并且可能不能接受的)。
針對(duì)由于制造和材料公差導(dǎo)致的微機(jī)電諧振器諧振頻率的變化的問(wèn)題已經(jīng)有很多嘗試。例如，一種此類(lèi)的技術(shù)用激光來(lái)使材料汽化，使之離開(kāi)開(kāi)放的、未封裝的振蕩器。在這種技術(shù)中，在封裝之前測(cè)量振蕩器的輸出頻率。如果需要調(diào)整以便提供特定的輸出頻率，那么為了增加輸出的頻率，布置在振蕩器上的材料就需要被除去(例如見(jiàn)Noell等，“MEMS for Watches”，IEEE，20040-7803-8265-X/04，1-4頁(yè))。一旦達(dá)到了合適的頻率，振蕩器就被封裝。
另一種技術(shù)用激光從鄰近的“犧牲”金屬層“移動(dòng)”金屬材料到微機(jī)電諧振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)(由硅材料組成)上。例如見(jiàn)Chiao和Lin，“Post-Packaging Tuning of Microresonators by Pulsed LaserDeposition”，IEEE2003，0-7803-7731-1/03，1820-1823頁(yè)。這里，微機(jī)電諧振器通過(guò)晶片鍵合(wafer bonding)，用玻璃晶片蓋隱形地封閉起來(lái)。激光輸出通過(guò)玻璃蓋施加并且在布置在封閉腔內(nèi)的金屬層上入射。金屬材料被射出該蓋并到振蕩器塊上。這樣，額外的質(zhì)量被沉積在例如運(yùn)動(dòng)梁或電極上，其減少了微機(jī)電諧振器的諧振頻率。
特別鑒于在諧振器腔室內(nèi)的金屬材料的蒸發(fā)，這樣的構(gòu)造，其中尤其玻璃晶片封裝和犧牲金屬層可能對(duì)微機(jī)電諧振器的真空產(chǎn)生不利影響。這種蒸發(fā)可以在腔室內(nèi)產(chǎn)生不必要的污染物，其繼而可能對(duì)諧振器的操作產(chǎn)生不利影響。
因此，需要一種調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇微機(jī)電諧振器輸出頻率的技術(shù)，所述微機(jī)電諧振器能夠克服傳統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)、一些或所有缺點(diǎn)。需要一種補(bǔ)償和/或處理，最小化和/或消除微機(jī)電諧振器的制造和材料公差的不利影響的技術(shù)，而不會(huì)污染諧振器的腔室。特別地，如果這種技術(shù)不依賴(lài)于引入與CMOS電路不相容的或難于與CMOS電路集成的材料和/或技術(shù)，那么它或許是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述和示出了許多發(fā)明。在第一主要方面，本發(fā)明是一種調(diào)整具有第一諧振頻率的MEMS諧振器的諧振頻率的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，MEMS諧振器包含具有第一電觸點(diǎn)的第一基底固定器、具有第二電觸點(diǎn)的第二基底固定器，以及由所述第一基底固定器在第一端處、由所述第二基底固定器在第二端處固定的梁結(jié)構(gòu)。所述方法包含選擇施加于所述第一電觸點(diǎn)的第一加熱電流，以及將第一加熱電流施加于所述MEMS諧振器，其中施加所述第一加熱電流包括使所述第一加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)(例如，加熱至超過(guò)300℃，在近似900℃和近似1200℃之間，和/或超過(guò)1200℃的溫度)，作為響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料發(fā)生改變以提供所述MEMS諧振器的第二諧振頻率。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括測(cè)量MEMS諧振器的第一諧振頻率，其中基于所測(cè)量的第一諧振頻率來(lái)選擇所述的第一加熱電流。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括測(cè)量MEMS諧振器的第二諧振頻率，計(jì)算施加于所述第一電觸點(diǎn)的第二加熱電流，以及將所述第二加熱電流施加于MEMS諧振器，其中施加所述第二加熱電流包括使所述第二加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)。作為對(duì)第二加熱電流的響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料發(fā)生改變以提供MEMS諧振器的第三諧振頻率。
MEMS諧振器可以包括梁結(jié)構(gòu)，所述梁結(jié)構(gòu)包含多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)，其中多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)中的每根梁包含由所述第一基底固定器固定的第一端和由所述第二基底固定器固定的第二端。在一個(gè)實(shí)施例中，梁結(jié)構(gòu)包含高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一電流的響應(yīng)，高張力區(qū)域被電阻加熱從而使該高張力區(qū)域的材料的發(fā)生改變。在另一個(gè)實(shí)施例中，高張力區(qū)域被加熱到基本上比梁結(jié)構(gòu)的其它部分高的溫度。
在另一個(gè)主要方面，本發(fā)明是調(diào)整具有第一諧振頻率的MEMS諧振器的諧振頻率的一種方法。MEMS諧振器包含具有第一電觸點(diǎn)的第一基底固定器、具有第二電觸點(diǎn)的第二基底固定器，以及由所述第一基底固定器在第一端處、由所述第二基底固定器在第二端處固定的梁結(jié)構(gòu)。所述方法包含將第一加熱電流施加于所述MEMS諧振器，其中施加所述第一加熱電流包括使所述第一加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)(例如，加熱至超過(guò)300℃，在近似900℃和近似1200℃之間，和/或超過(guò)1200℃的溫度)，作為響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料(例如，單晶和/或多晶硅材料)從其中蒸發(fā)以提供所述MEMS諧振器的第二諧振頻率。
所述方法還包括測(cè)量MEMS諧振器的第一諧振頻率和基于所測(cè)量的第一諧振頻率來(lái)確定所述第一加熱電流。所述方法還包括測(cè)量MEMS諧振器的第二諧振頻率，確定施加于所述第一電觸點(diǎn)的第二加熱電流，以及將所述第二加熱電流施加于MEMS諧振器，其中施加第二加熱電流包括包括使所述第二加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)。作為對(duì)這種加熱的響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料發(fā)生改變以提供MEMS諧振器的第三諧振頻率。
然而在另一個(gè)主要方面，本發(fā)明是調(diào)整具有第一諧振頻率的MEMS諧振器的諧振頻率的一種方法。本發(fā)明這個(gè)方面的MEMS諧振器包含梁結(jié)構(gòu)和頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)由多晶硅構(gòu)成并且包括第一和第二電觸點(diǎn)。所述方法包括施加第一加熱電流到頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中施加第一加熱電流包括使第一加熱電流從第一電觸點(diǎn)流向第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)(例如，加熱到近似900℃和近似1200℃之間和/或超過(guò)1200℃的溫度)。作為對(duì)加熱頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的材料從其中蒸發(fā)并且沉積在梁結(jié)構(gòu)上以提供MEMS諧振器的第二諧振頻率。
在本發(fā)明這方面的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括測(cè)量MEMS諧振器的第一諧振頻率，其中基于所測(cè)量的第一諧振頻率來(lái)選擇所述第一加熱電流。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括測(cè)量MEMS諧振器的第二諧振頻率，計(jì)算施加于所述第一電觸頭的第二加熱電流，以及將所述第二加熱電流施加于MEMS諧振器，其中施加第二加熱電流包括使第二加熱電流從第一電觸點(diǎn)流向第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱梁結(jié)構(gòu)。作為對(duì)所述第二加熱電流的響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料發(fā)生改變以提供MEMS諧振器的第三諧振頻率。
特別地，所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)可以集成到MEMS諧振器的固定電極上。
所述梁結(jié)構(gòu)可以包含至少一個(gè)高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一加熱電流的響應(yīng)，所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的材料沉積在高張力區(qū)域上。事實(shí)上，在一個(gè)實(shí)施例中，基本上所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)所蒸發(fā)的材料的量都沉積在高張力區(qū)域。
此外，在此描述和示出了許多發(fā)明。本發(fā)明內(nèi)容沒(méi)有窮舉本發(fā)明的范圍。而且，此內(nèi)容目的不在于限制本發(fā)明并且也不應(yīng)該按那種方式來(lái)解釋。雖然在此內(nèi)容中已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例、特點(diǎn)、屬性和優(yōu)點(diǎn)中，應(yīng)該理解許多其它的，以及不同的和/或相似的本發(fā)明的實(shí)施例、特點(diǎn)、屬性和/或優(yōu)點(diǎn)從以下的說(shuō)明書(shū)、示圖和權(quán)利要求是顯而易見(jiàn)的。


在以下的詳細(xì)描述過(guò)程中，將參考附圖進(jìn)行說(shuō)明。這些圖示出了本發(fā)明的不同方面，適當(dāng)時(shí)，表示相似結(jié)構(gòu)、部件、材料和/或元件的參考標(biāo)記被相似地標(biāo)注?？梢岳斫獾氖遣煌谔貏e示出的那些的結(jié)構(gòu)、部件、材料和/或元件的各種組合是可以預(yù)期的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一方面的一個(gè)實(shí)施例的諧振器的頂視圖，所述諧振器具有排列在調(diào)諧叉梁(tuning fork beam)結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩根振動(dòng)梁；圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明第一方面的第二個(gè)實(shí)施例的諧振器的頂視圖，所述諧振器具有排列在調(diào)諧叉梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩根振動(dòng)梁；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一方面，調(diào)整和/或調(diào)諧諧振器輸出頻率的示例性構(gòu)造的示意表示；
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一方面，諧振器的示例性調(diào)諧技術(shù)的流程圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二方面的第一個(gè)實(shí)施例的諧振器的頂視圖，所述諧振器具有排列在調(diào)諧叉梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩根振動(dòng)梁和集成的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)；圖6示出沿點(diǎn)畫(huà)線A-A’截取的圖6、7中諧振器的示意性橫截面視圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二方面的另一個(gè)實(shí)施例的諧振器的頂視圖，所述諧振器具有排列在調(diào)諧叉梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩根振動(dòng)梁和集成的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)；圖8A示出根據(jù)本發(fā)明第二方面的另一個(gè)實(shí)施例的諧振器的頂視圖，所述諧振器具有排列在調(diào)諧叉梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩根振動(dòng)梁和未集成的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)；圖8B示出根據(jù)本發(fā)明第二方面的另一個(gè)實(shí)施例的諧振器的頂視圖，所述諧振器具有排列在調(diào)諧叉梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩根振動(dòng)梁以及集成的和未集成的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)；圖9A-9D是根據(jù)本發(fā)明第三方面，調(diào)整和/或調(diào)諧諧振器輸出頻率的示例性構(gòu)造的示意表示；圖10示出沿點(diǎn)畫(huà)線A-A’截取的圖5中諧振器的示意性橫截面視圖，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，與光源(例如激光)一起調(diào)整和/或調(diào)諧諧振器輸出頻率，；圖11示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有可擴(kuò)展元件和兩個(gè)固定電極的體型諧振器的頂視圖；圖12示出沿點(diǎn)畫(huà)線A-A’截取的圖11中體型諧振器的示意性橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
在這里描述和示出了許多發(fā)明。這些發(fā)明目的在于一種制造微機(jī)電諧振器的方法，該諧振器的輸出頻率無(wú)論在最后封裝之前還是之后都可以被調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇。在第一方面中，本發(fā)明通過(guò)電阻加熱機(jī)械結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)元件和/或梁(例如，可移動(dòng)或可擴(kuò)展的電極)從諧振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)上改變和/或除去材料來(lái)調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇微機(jī)電諧振器的頻率。
在本發(fā)明的這個(gè)方面中，將電流施加到可移動(dòng)電極上，使之加熱到足夠的溫度，從而從機(jī)械結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)電極中改變和/或除去材料。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將材料從可移動(dòng)電極的選定部分(例如，高應(yīng)力或張力區(qū)域)中改變和/或除去。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以將材料從可移動(dòng)電極的所有或基本所有工作區(qū)(例如，與固定電極相對(duì)的那些區(qū)域)中改變和/或除去。這樣，彈簧常數(shù)改變和/或梁質(zhì)量改變，從而引起諧振器輸出頻率改變。
例如，參考圖1，在本發(fā)明的第一方面的第一實(shí)施例中，MEMS諧振器10包括具有可移動(dòng)梁14a和14b的機(jī)械結(jié)構(gòu)12，14a和14b布置在固定器(anchor)16a和16b之間。在這個(gè)實(shí)施例中，可移動(dòng)梁14a和14b由包括有電流的阻抗的材料構(gòu)成，例如導(dǎo)體材料(如金屬材料)或半導(dǎo)體材料(如硅和/或鍺)。
MEMS諧振器10還包括固定電極18a和18b以及電觸點(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連接到公共電位和/或地電位。在另一個(gè)實(shí)施例中，電觸點(diǎn)20a和20b連接在電源的接線端和/或觸點(diǎn)之間。
特別地，固定電極18a和18b以及電觸點(diǎn)20a和20b可以由導(dǎo)體材料(例如金屬材料，如鋁)或半導(dǎo)體材料(例如硅、鍺和/或其摻雜物)構(gòu)成。這對(duì)于使用具有相對(duì)低的電阻系數(shù)的材料是有利的，對(duì)于額外的處理，例如CMOS集成也是合適的或相容的。
電源(未示出)提供流過(guò)可移動(dòng)梁14a和14b并且在電觸點(diǎn)20a和20b之間的電流。在操作中，電流流過(guò)可移動(dòng)梁14a和14b，可移動(dòng)梁14a和14b被電阻加熱。例如，在將高壓施加于電觸點(diǎn)20a，低壓施加于(或存在于)電觸點(diǎn)20b的地方，電流(如按照慣例指定的)從電觸點(diǎn)20a流向電觸點(diǎn)20b，如圖1所示。
簡(jiǎn)要地，作為背景知識(shí)，當(dāng)電流(I)流過(guò)電阻元件時(shí)，具有電阻(R)的元件將把電能轉(zhuǎn)化為熱能。在本發(fā)明的上下文中，通過(guò)向梁結(jié)構(gòu)中固有的電阻施加加熱電流(I)引起的電阻加熱以熱的形式消耗的功率(P)可由以下的方程來(lái)定性Pheat＝I2·Rbeam方程3這樣，在電觸點(diǎn)20a和20b之間流動(dòng)的加熱電流(I)在可移動(dòng)梁14中產(chǎn)生電阻加熱。這個(gè)電阻加熱過(guò)程可以如以下詳細(xì)描述的被精確控制，從而從可移動(dòng)梁14中除去預(yù)定量的材料以便調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇微機(jī)電諧振器的頻率。其后，MEMS諧振器10提供預(yù)定的、所選的和/或限定的輸出頻率。
在那些可移動(dòng)梁14a和14b由多晶硅構(gòu)成的例子中，將可移動(dòng)梁14a和14b電阻加熱至，例如，近似300℃到近似900℃范圍內(nèi)的溫度可以使可移動(dòng)梁14a和14b退火。這樣，可移動(dòng)梁14a和14b的堅(jiān)固性(consistence)和因此其特征可以改變。例如，可以形成更大的晶粒，梁中的應(yīng)力被釋放，這使楊氏模量發(fā)生改變。
另外，在可移動(dòng)梁14a和14b被電阻加熱至近似900℃到近似1200℃范圍內(nèi)的溫度時(shí)，可移動(dòng)梁14a和14b的單晶和/或多晶硅表面因?yàn)槔绫砻嬖虞^低的結(jié)合能而開(kāi)始熔化。特別地，這種效應(yīng)取決于可移動(dòng)梁14a和14b材料的表面鈍化。例如，在使用眾所周知的濕蝕刻技術(shù)和緩沖HF混合物(buffered HF mixture)(即，緩沖氧化物蝕刻)或眾所周知的利用氣相HF的氣相蝕刻技術(shù)釋放、并且之后使用薄膜密封技術(shù)密封可移動(dòng)電極時(shí)，包含MEMS諧振器10的機(jī)械結(jié)構(gòu)12的腔室被封閉在活性H2環(huán)境里從而使氯和氫終止高活性硅表面。特別地，熔化表面可以重組到較低的表面能態(tài)，這很可能將會(huì)改變可移動(dòng)梁14a和14b的幾何形狀，并且因此改變它們的硬度。
在可移動(dòng)梁14a和14b被電阻加熱至超過(guò)近似1000℃到1200℃的溫度時(shí)，可移動(dòng)梁14a和14b的單晶和/或多晶硅表面原子開(kāi)始蒸發(fā)，并從可移動(dòng)梁14a和14b的表面移動(dòng)到周?chē)睦浔砻?例如，固定電極18a和18b)。這樣，可移動(dòng)梁14a和14b變薄，從而改變質(zhì)量。另外，可移動(dòng)梁14a和/或14b的彈簧常數(shù)也減小。
例如，從可移動(dòng)梁14a和14b表面除去幾個(gè)原子層(即1納米范圍內(nèi))足以改變2MHz連續(xù)鉗位-鉗位二梁諧振器(continuousclamp-clamp two beam resonator)(見(jiàn)圖2B)的頻率達(dá)百萬(wàn)分之一百一十四(可移動(dòng)梁14a和14b的在長(zhǎng)度185微米，寬度9微米的范圍內(nèi))。方程1和2提供了梁硬度和寬度之間的關(guān)系。
特別地，本發(fā)明可以使用MEMS諧振器10的機(jī)械結(jié)構(gòu)12的任何構(gòu)造、設(shè)計(jì)和/或控制。事實(shí)上，機(jī)械結(jié)構(gòu)12的所有構(gòu)造、設(shè)計(jì)和/或控制，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，機(jī)械結(jié)構(gòu)12可以包括(1)布置在一個(gè)或多個(gè)固定器16之間的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)梁14，(2)體型構(gòu)造(例如，見(jiàn)圖11和12)，(3)沿任意以及所有方向(例如平面內(nèi)和平面外)振蕩的結(jié)構(gòu)。
而且，存在許多用于制造包括可移動(dòng)梁14和固定電極18的MEMS諧振器10的方法和技術(shù)。例如，可移動(dòng)梁14的材料和/或?qū)涌梢猿练e，其后用眾所周知的平版印刷、蝕刻和/或摻雜技術(shù)，使可移動(dòng)梁14從這種材料和/或?qū)又行纬?。所有制造包括可移?dòng)梁14的MEMS諧振器10的方法，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，都包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
另外，在一個(gè)實(shí)施例中，使用薄膜或晶片級(jí)密封技術(shù)將機(jī)械結(jié)構(gòu)12密封在腔室內(nèi)。在這點(diǎn)上，MEMS諧振器10可以用傳統(tǒng)薄膜密封技術(shù)和結(jié)構(gòu)來(lái)封閉或密封(例如，見(jiàn)WO 01/77008 A1和WO 01/77009A1)。其它薄膜密封技術(shù)也是適合的。事實(shí)上，所有薄膜密封技術(shù)，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
例如，可以使用在2003年6月4日申請(qǐng)的，指定序列號(hào)為10/455，555(在下文中為“Microelectromechanical Systems Having TrenchIsolated Contacts Patent Application”)的非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)“Microelectromechanical Systems Having Trench Isolated Contacts，andMethods of Fabricating Same”中描述和示出的密封技術(shù)。在“Microelectromechanical Systems Having Trench Isolated ContactsPatent Application”中描述和示出的所有這些發(fā)明/實(shí)施例(例如，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造、密封和電絕緣技術(shù))可以與在這里描述和示出的溫度補(bǔ)償技術(shù)一起使用。為了簡(jiǎn)便，在“Microelectromechanical SystemsHaving Trench Isolated Contacts Patent Application”中描述和示出的、與在這里描述和示出的溫度補(bǔ)償技術(shù)一起使用的實(shí)施例將不再詳細(xì)地重復(fù)，而是僅僅總結(jié)。然而，清楚地注意到“MicroelectromechanicalSystems Having Trench Isolated Contacts Patent Application”的全部?jī)?nèi)容在這里被引入作為參考，例如，包括所有發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、替換、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，將可移動(dòng)梁14a和/或14b的電阻加熱聚焦、集中和/或定位，從而提供對(duì)MEMS諧振器10的機(jī)械結(jié)構(gòu)12的可選擇的和/或預(yù)定的改變，和/或從MEMS諧振器10的機(jī)械結(jié)構(gòu)12除去材料。例如，參考圖2A，在一個(gè)實(shí)施例中，可移動(dòng)梁14a和/或14b被設(shè)計(jì)和/或制造成提供可移動(dòng)梁14a和14b的高張力區(qū)域22的聚焦、集中和/或定位的加熱。特別地，因?yàn)榭梢苿?dòng)梁14a和14b機(jī)械硬度的改變(例如，見(jiàn)方程1和2)，從高張力區(qū)域22改變和/或除去材料可以對(duì)MEMS諧振器10的頻率有更大的沖擊或影響(相對(duì)于從可移動(dòng)梁14a和14b的其它區(qū)域)。
通過(guò)在可移動(dòng)梁14a和/或14b內(nèi)或其上設(shè)置垂直的和/或水平的摻雜輪廓(例如，諸如磷的n型雜質(zhì))，高張力區(qū)域22可以不同于其它區(qū)域被加熱。摻雜輪廓在沿可移動(dòng)梁14a和/或14b的可選擇位置處提供了更高或更低的阻抗。這樣，當(dāng)電流(I)通過(guò)電觸點(diǎn)20a和20b施加時(shí)，在可移動(dòng)梁14a和/或14b中提供了可選擇的電阻加熱。
例如，高張力區(qū)域22可以比可移動(dòng)梁14a和/或14b的其它區(qū)域更輕微的摻雜(例如，不摻雜)。這給高張力區(qū)域22提供了相對(duì)于可移動(dòng)梁14a和/或14b的其它區(qū)域更大的對(duì)電流的阻抗。這樣，高張力區(qū)域22與可移動(dòng)梁14a和/或14b的其它區(qū)域相比被加熱到較高的溫度。
在一個(gè)實(shí)施例中，可移動(dòng)梁14a和14b由單晶和/或多晶硅構(gòu)成時(shí)，電阻加熱高張力區(qū)域22至超過(guò)近似1000℃到1200℃的溫度可以導(dǎo)致高張力區(qū)域22的表面原子蒸發(fā)，并且從高張力區(qū)域22的表面向周?chē)^冷表面移動(dòng)。如上所述，在這個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于給定的電流(I)，高張力區(qū)域22可以比可移動(dòng)梁14a和14b的其它區(qū)域達(dá)到更高的溫度。這樣，可移動(dòng)梁14a和14b的高張力區(qū)域22可以在可移動(dòng)梁14a和14b的其它區(qū)域之前變薄(見(jiàn)圖2B)。高張力區(qū)域22變薄引起可移動(dòng)梁14a和14b的質(zhì)量的可選擇的改變，這使得可以在與高張力區(qū)域22相關(guān)的區(qū)域內(nèi)有選擇地減小可移動(dòng)梁14a和/或14b的彈簧常數(shù)。
特別地，制造圖2A的包括高張力區(qū)域22的可移動(dòng)梁14的所有方法和技術(shù)，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可移動(dòng)梁14的材料和/或?qū)涌梢猿练e，其后，利用眾所周知的摻雜技術(shù)，可以從這些材料和/或?qū)又行纬煽梢苿?dòng)梁14的高張力區(qū)域22。當(dāng)使用可選擇的、集中的和/或聚焦的電阻加熱技術(shù)時(shí)，應(yīng)該考慮熱量穿過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)12流向周?chē)牟牧?例如，熱量流過(guò)基底和固定器16a和16b)，以及其對(duì)這些材料的影響。
如上所述，電源提供流過(guò)可移動(dòng)梁14a和/或14b并且在電觸點(diǎn)20a和20b之間的電流。在特定實(shí)施例中，隨著電流流過(guò)可移動(dòng)梁14a和/或14b，因?yàn)榭梢苿?dòng)梁14a和/或14b的不同區(qū)域的相對(duì)電阻系數(shù)，在高張力區(qū)域22產(chǎn)生了所有或幾乎所有的熱量。
參考圖3，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制電路24確定和/或計(jì)算電流(來(lái)自電源26)，通過(guò)電阻加熱機(jī)械結(jié)構(gòu)12的一個(gè)或更多個(gè)元件和/或梁(或其的部分)而從MEMS諧振器10的機(jī)械結(jié)構(gòu)12改變和/或除去材料，從而需要所述電流以調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇MEMS諧振器10的頻率。對(duì)于給定的MEMS諧振器10的設(shè)計(jì)，在給定工作溫度或溫度范圍處，控制電路24使用MEMS諧振器10輸出的“初始”或當(dāng)前的頻率來(lái)確定和/或計(jì)算合適的電流。特別地，控制電路24例如可以在制造、測(cè)試和/或校準(zhǔn)期間，其在最終封裝之前和/或之后，執(zhí)行和/或使用本發(fā)明的技術(shù)。
控制電路24可以使用許多技術(shù)來(lái)確定調(diào)整、調(diào)諧和/或提供MEMS諧振器10的特定輸出頻率所需的適當(dāng)?shù)募訜?。例如，基于“初始”?或當(dāng)前的頻率，控制電路24可以使用查尋表和/或預(yù)定的或數(shù)學(xué)關(guān)系(兩者之一或都包含在常駐存儲(chǔ)器中，未示出)來(lái)調(diào)整和/或控制對(duì)MEMS諧振器10的特定梁結(jié)構(gòu)的加熱，從而通過(guò)從機(jī)械結(jié)構(gòu)12改變和/或除去材料來(lái)補(bǔ)償、調(diào)整和/或調(diào)諧MEMS諧振器10的輸出頻率。查尋表和/或預(yù)定的或數(shù)學(xué)關(guān)系可以使用基于電阻加熱(如上所述，例如，加熱至近似300℃到近似900℃的范圍內(nèi)和/或近似900℃到近似1200℃的范圍內(nèi))機(jī)械結(jié)構(gòu)12對(duì)輸出信號(hào)的頻率的影響的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)導(dǎo)出。可以表示為溫度的電阻加熱和電源26輸出的電流相關(guān)。特別地，用于控制對(duì)MEMS諧振器10的特定梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻加熱從而補(bǔ)償、調(diào)整和/或調(diào)諧MEMS諧振器10的輸出頻率的(通過(guò)從機(jī)械結(jié)構(gòu)12改變和/或除去材料)所有技術(shù)和/或構(gòu)造，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，包括那些上面討論的那些，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，調(diào)整、補(bǔ)償和/或調(diào)諧MEMS諧振器10的頻率可以是反復(fù)的過(guò)程。即，MEMS諧振器10的輸出信號(hào)的“初始”或當(dāng)前頻率可以被測(cè)量，機(jī)械結(jié)構(gòu)12可以經(jīng)受電阻加熱(如上面所述)并且在冷卻后，控制電路24可以基于測(cè)量的MEMS諧振器10的輸出頻率確定是否需要對(duì)MEMS諧振器10的頻率進(jìn)行額外的調(diào)整和/或調(diào)諧(即測(cè)量的諧振頻率是否是想要的、選擇的和/或預(yù)定的諧振頻率和/或是否在所期望的、可接受的和/或預(yù)定的頻率范圍內(nèi))。如果是，那么重復(fù)該過(guò)程(例如見(jiàn)圖4)。
調(diào)整和/或調(diào)諧MEMS諧振器10的輸出頻率的過(guò)程包括調(diào)整和/或調(diào)諧MEMS諧振器10的輸出頻率的可移動(dòng)梁14的電阻加熱溫度的任意組合和/或變換。關(guān)于這個(gè)方面，可移動(dòng)梁14a可以首先被電阻加熱至近似1200℃的溫度。在冷卻后，控制電路24可以確定(在測(cè)量后)是否需要對(duì)MEMS諧振器10的頻率進(jìn)行額外的調(diào)整和/或調(diào)諧。在第二個(gè)電阻加熱過(guò)程中，可移動(dòng)梁14a可以被加熱至近似900℃到小于近似1200℃的范圍內(nèi)的溫度以便提供對(duì)諧振頻率相對(duì)較小的調(diào)整。特別地，可移動(dòng)梁14a被加熱的時(shí)間量對(duì)移動(dòng)或除去多少材料也有影響。其后，控制電路24可以確定諧振頻率是否在預(yù)定的規(guī)格中(即頻率范圍，如20MHz±1％)。這樣，加熱過(guò)程的組合提供了對(duì)MEMS諧振器10的諧振頻率的合適的調(diào)整和/或調(diào)諧。電阻加熱溫度的所有組合和/或變換都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
特別地，MEMS諧振器10的“初始”和/或當(dāng)前頻率在封裝或集成/合并之前和/或之后可以被測(cè)量、采樣、感測(cè)。MEMS諧振器10也可以在不止一個(gè)工作條件下被校準(zhǔn)、調(diào)整和/或調(diào)諧(例如，多于一個(gè)溫度)。
在電阻加熱過(guò)程中，可以用許多不同的直接和間接技術(shù)來(lái)確定和/或測(cè)量機(jī)械結(jié)構(gòu)12的特定結(jié)構(gòu)(例如可移動(dòng)梁14)的溫度。確定和/或測(cè)量包括可移動(dòng)梁14的機(jī)械結(jié)構(gòu)12的溫度的所有技術(shù)，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以測(cè)量電流，并且基于其，可以使用例如經(jīng)驗(yàn)信息或數(shù)學(xué)關(guān)系確定的可移動(dòng)梁14的溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用了測(cè)量溫度的光學(xué)紅外線方法。
然而在另一個(gè)實(shí)施例中，控制電路24使用來(lái)自溫度傳感器28(例如，布置和/或定位于MEMS諧振器10基底上或其內(nèi)的二極管、晶體管、電阻器或變阻器，和/或一個(gè)或多個(gè)MEMS溫度換能器)的信息/數(shù)據(jù)來(lái)適當(dāng)控制由電源26輸出的電流的時(shí)間和其它特征(例如，振幅)，所述溫度傳感器28與可移動(dòng)梁14和/或被電阻加熱的可移動(dòng)梁14的那些區(qū)域(例如，高張力區(qū)域22)熱耦合。電源26可以(獨(dú)立或非獨(dú)立地)改變和/或修改施加通過(guò)可移動(dòng)梁14a和/或14b的電流，并且從而調(diào)整可移動(dòng)梁14a和/或14b的溫度。
在最接近可移動(dòng)梁14和/或固定器20上和/或其中可以使用溫度傳感器28來(lái)測(cè)量、感測(cè)和/或采樣可移動(dòng)梁14a和14b的實(shí)際溫度信息。將溫度傳感器28定位在材料(基本上)既不改變也不除去的區(qū)域是有利的。例如，將溫度傳感器28定位在表面原子蒸發(fā)的區(qū)域之外的區(qū)域中(例如，圖2B的高張力區(qū)域22)是有利的。
溫度傳感器28將可移動(dòng)梁14a和14b或接近可移動(dòng)梁14a和14b的區(qū)域的溫度信息提供給控制電路24。這樣，控制電路24可以確定、計(jì)算和/或估計(jì)可移動(dòng)梁14a和14b的溫度，并且作為響應(yīng)，控制和/或指示電源26施加或提供合適的電流，從而對(duì)可移動(dòng)梁14a和14b(或其選定部分)進(jìn)行電阻加熱。在一個(gè)實(shí)施例中，如下面詳細(xì)討論的，使用許多常規(guī)反饋和/或控制技術(shù)之一，控制電路24可以將實(shí)際工作溫度與預(yù)定的、選擇的和/或所期望的溫度比較。
另一方面，本發(fā)明使用對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻加熱來(lái)蒸發(fā)材料MEMS諧振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)上。在本發(fā)明這個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)由單晶和/或多晶硅材料構(gòu)成，并布置在機(jī)械結(jié)構(gòu)的可移動(dòng)組件的附近(例如，直接接近和/或相對(duì))以便從頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)蒸發(fā)的材料沉積在可移動(dòng)組件上。在另一個(gè)實(shí)施例中，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)由單晶和/或多晶硅材料構(gòu)成，并且被相對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)定位以便于聚焦、集中和/或定位來(lái)自頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的材料的沉積，從而提供機(jī)械結(jié)構(gòu)的可選擇的梁/組件(例如，高張力區(qū)域)的可選擇的和/或預(yù)定的改變(即變厚)。
參考圖5，在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)12，空間定位了一個(gè)或更多個(gè)頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30(在示例中，四個(gè)頻率調(diào)整結(jié)構(gòu))，從而通過(guò)電流電阻加熱頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30到使頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30表面上的原子蒸發(fā)并遷移到可移動(dòng)梁14a和14b較冷表面的溫度。這樣，可移動(dòng)梁14a和14b的厚度增加(見(jiàn)圖6)，因此，MEMS諧振器10的輸出頻率增加。例如，增加幾個(gè)原子層(即，在1納米范圍內(nèi))到可移動(dòng)梁14a和14b的表面上足以改變2MHz連續(xù)鉗位-鉗位二梁諧振器(如圖5所示的諧振器10)的頻率達(dá)百萬(wàn)分之一百一十四(可移動(dòng)梁14a和14b在長(zhǎng)度185微米，寬度9微米范圍內(nèi))。方程1和2提供了諧振器梁的硬度和寬度之間的關(guān)系。
參考圖6，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30由單晶和/或多晶硅構(gòu)成，單晶和/或多晶硅表面被電阻加熱到超過(guò)近似1200℃的溫度，并且頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30的表面原子開(kāi)始蒸發(fā)，并遷移到周?chē)^冷的表面(例如，可移動(dòng)梁14a和14b)。這樣，可移動(dòng)梁14a和14b由于加入了蒸發(fā)的材料32而變厚。另外，可移動(dòng)梁14a和/或14b的彈簧常數(shù)也增加了。
在本發(fā)明這個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，使用薄膜或晶片級(jí)密封技術(shù)將機(jī)械結(jié)構(gòu)12密封在腔室內(nèi)。這個(gè)方面，繼續(xù)參考圖6，MEMS諧振器10包括密封結(jié)構(gòu)34以密封腔室38，所述密封結(jié)構(gòu)34包括一個(gè)或多個(gè)密封層(這里是36a和36b)。在該示例中，密封結(jié)構(gòu)34包括第一密封層36a和第二密封層36b。如在“Microelectromechanical SystemsHaving Trench Isolated Contacts Patent Application”中詳細(xì)描述的，在一個(gè)實(shí)施例中，第一密封層36a沉積在犧牲層上，例如，二氧化硅或氮化硅，從而保衛(wèi)，隔開(kāi)和/或保護(hù)包括可移動(dòng)梁14a和14b的機(jī)械結(jié)構(gòu)12。其后，在密封層36a中形成和/或蝕刻溝槽或出口(在這個(gè)橫截面未示出)從而允許或便于蝕刻和/或除去犧牲層和犧牲/絕緣層40(布置在基底42上)中至少所選擇的部分。
在蝕刻和/或除去了犧牲層和犧牲/絕緣層40中至少所選擇的部分，并且釋放了例如可移動(dòng)梁14a和14b之后，第二密封層36b沉積在第一密封層36a上，并在第一密封層36a內(nèi)的出口或溝槽內(nèi)和/或之上，從而“封閉”腔室38。
特別地，其它薄膜密封技術(shù)是合適的。事實(shí)上，如上所述，所有薄膜密封技術(shù)，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在MEMS諧振器10的頻率需要小改變的那些情況中，設(shè)計(jì)和定位頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30從而使除高張力區(qū)域22之外的可移動(dòng)梁14a和14b的區(qū)域被選擇性變厚是有利的。參考圖7，在一個(gè)實(shí)施例中，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30定位在與可移動(dòng)梁14a和14b相對(duì)的位置。然而，在該實(shí)施例中，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30不與可移動(dòng)梁14a和14b的高張力區(qū)域22相對(duì)。這樣，作為對(duì)電阻加熱的響應(yīng)，蒸發(fā)的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30的大部分表面原子遷移到除高張力區(qū)域22之外的可移動(dòng)梁14a和14b的區(qū)域。因此，可移動(dòng)梁14a和14b由于加入了蒸發(fā)的材料32而變厚，但這對(duì)MEMS諧振器10的頻率的沖擊或影響不如高張力區(qū)域22變厚大。
相反，參考圖8A和8B，通過(guò)適當(dāng)定位頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30僅與高張力區(qū)域22相對(duì)和/或接近，本質(zhì)上僅能夠可選擇地使可移動(dòng)梁14a和14b的高張力區(qū)域22變厚。在該實(shí)施例中，可以很容易得到頻率的更大改變。
特別地，圖5和7的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30和固定電極18集成在一起或集成入固定電極18。相反，圖8A的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，并且因此沒(méi)有和固定電極18集成在一起或集成入固定電極18。集成和未集成的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30的所有變換和組合都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。(例如，見(jiàn)圖8B，其中集成和未集成的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30都被示出)。
參考圖9A，控制電路24確定和/或計(jì)算通過(guò)對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30進(jìn)行電阻加熱而將材料加入到機(jī)械結(jié)構(gòu)12(例如，加入到可移動(dòng)梁14a和14b的部分)來(lái)調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇MEMS諧振器10的頻率所需的電流(來(lái)自電源26)?？刂齐娐?4可以以與參考圖1和4描述的相同或相似的方式工作。為了簡(jiǎn)便，不再重復(fù)討論。
在第三方面中，本發(fā)明指出使用光源(例如，激光)的輸出加熱頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30來(lái)調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇MEMS諧振器10的輸出頻率(在最后封裝之前和/或之后)的方法。使用上述的薄膜或晶片級(jí)密封技術(shù)，將本發(fā)明這個(gè)方面的MEMS諧振器10密封在腔室內(nèi)。通過(guò)給機(jī)械結(jié)構(gòu)12(例如，可移動(dòng)或可擴(kuò)展電極)加入材料(通過(guò)從頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30蒸發(fā))來(lái)調(diào)整、調(diào)諧和/或設(shè)置MEMS諧振器10的頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，材料可以被加入到可移動(dòng)電極的選定部分(例如，高應(yīng)力或張力區(qū)域)。在另一個(gè)實(shí)施例中，從可移動(dòng)電極的所有或基本所有活性區(qū)域(例如，那些與固定電極相對(duì)的區(qū)域)改變和/或除去材料。
參考圖10，在本發(fā)明這方面的一個(gè)實(shí)施例中，光源44(例如，一個(gè)或多個(gè)激光、燈、發(fā)光二極管(LED)、電元件或其它產(chǎn)生高能輻射的機(jī)構(gòu))以預(yù)定的波長(zhǎng)輸出光46。光46被聚焦并入射在頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30上，作為響應(yīng)加熱頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30。在頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30由單晶和/或多晶硅構(gòu)成的那些情況中，表面可以被加熱至超過(guò)近似1000℃到1200℃的溫度。因此，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30的單晶和/或多晶硅表面原子可以開(kāi)始蒸發(fā)并遷移到相對(duì)的可移動(dòng)梁14a和14b的周?chē)^冷的表面。這樣，可移動(dòng)梁14a和14b被蒸發(fā)的材料32加厚。另外，可移動(dòng)梁14a和/或14b的彈簧常數(shù)也被減小。
在最后封裝之前使用薄膜或晶片級(jí)密封技術(shù)將機(jī)械結(jié)構(gòu)12密封在腔室內(nèi)的那些情況中，使用光源44和光46是有利的，光源44和光46具有不被密封材料(即對(duì)光源44和光46是透明的密封結(jié)構(gòu))吸收或不在密封材料內(nèi)被吸收的光學(xué)特性(例如，波長(zhǎng)和焦點(diǎn))。繼續(xù)參考圖10，MEMS諧振器10包括封閉腔室38的密封結(jié)構(gòu)34，其包括第一和第二密封層36a和36b。如在“Microelectromechanical SystemsHaving Trench Isolated Contacts Patent Application”中詳細(xì)描述的，在一個(gè)實(shí)施例中，密封結(jié)構(gòu)34可以由多晶硅或非晶硅材料構(gòu)成。也就是，第一密封層36a可以是例如多晶硅或非晶硅，沉積在第一密封層36a的出口上或內(nèi)用來(lái)密封腔室的第二密封層36b也可以由多晶硅或非晶硅構(gòu)成。
在這個(gè)實(shí)施例中，包括大約700納米到大約1900納米波長(zhǎng)的光46聚焦于頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30。在這些條件下，密封結(jié)構(gòu)34對(duì)光46是足夠“透明的”，并且在其中的能量被施加和/或聚焦于頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30(見(jiàn)焦點(diǎn)區(qū)域48)。頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30的單晶和/或多晶硅表面原子可以遷移到相對(duì)的可移動(dòng)梁14a和14b的周?chē)^冷的表面。這樣，可移動(dòng)梁14a和14b被蒸發(fā)的材料32加厚。
特別地，在這個(gè)實(shí)施例中，MEMS諧振器10的加熱和頻率調(diào)整可以在最后封裝之前，但在密封之后進(jìn)行。而且，加熱和頻率調(diào)整可以在提供封裝的最后封裝對(duì)光46(和它的波長(zhǎng))是足夠透明的之后進(jìn)行。
通過(guò)僅聚焦于一水平面內(nèi)一點(diǎn)的寬激光束可以實(shí)現(xiàn)垂直局部加熱。雖然由多晶硅或非晶硅構(gòu)成的密封結(jié)構(gòu)34對(duì)光46是足夠透明的，但是下面的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30對(duì)光46的吸收及頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30的加熱對(duì)于蒸發(fā)頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30的多晶硅表面原子，從而將蒸發(fā)的材料32沉積在可移動(dòng)梁14a和14b上是必要的。特別地，垂直焦點(diǎn)被優(yōu)化以減少對(duì)密封結(jié)構(gòu)34和基底42的加熱，并且在機(jī)械結(jié)構(gòu)12上或內(nèi)所期望的和/或預(yù)定的位置創(chuàng)造熱點(diǎn)(hot spot)(三維區(qū)域)。
在此描述和示出了許多發(fā)明。已經(jīng)描述和示出了這些發(fā)明的特定實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該理解許多其它的，以及本發(fā)明的不同和/或相似的實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)從說(shuō)明書(shū)、圖示和權(quán)利要求是顯而易見(jiàn)的。因此，這里描述和示出的本發(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)不是窮舉的，應(yīng)該理解其它、相似的、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)也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
例如，如上所述，在本發(fā)明中可以使用許多(直接和間接的)溫度感測(cè)和反饋技術(shù)和/或構(gòu)造。所有溫度感測(cè)和反饋技術(shù)和/或構(gòu)造，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，包括上面討論的那些，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
此外，向加熱元件提供電流的電源包括一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的源，以提高可移動(dòng)梁和/或頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的電阻加熱的靈活性(例如，見(jiàn)圖9B-9D)。例如，多個(gè)電源中的一個(gè)可以“專(zhuān)用”于一個(gè)或多個(gè)頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖9A和9D)和/或一個(gè)電源可以“專(zhuān)用”于一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)梁(見(jiàn)圖9B、9C和9D)。在這點(diǎn)上，頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)和/或可移動(dòng)梁的加熱可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電源獨(dú)立控制。所有獨(dú)立或非獨(dú)立地控制頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)和/或可移動(dòng)梁的變換和構(gòu)造都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。特別地，控制電路24可以用如參考圖1和4描述的相同或相似的方式來(lái)操作和/或控制電源26。為了簡(jiǎn)便，不再重復(fù)討論。
此外，本發(fā)明可以使用任何溫度傳感器或感測(cè)技術(shù)，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的。例如，本發(fā)明可以使用這樣一種溫度感測(cè)技術(shù)，將可移動(dòng)梁本身作為第一溫度傳感器和至少第二溫度傳感器，布置在諧振器內(nèi)，其用來(lái)例如測(cè)量遠(yuǎn)離加熱元件或從那里足夠遠(yuǎn)布置的的基底的溫度，從而加熱元件不會(huì)防止傳感器檢測(cè)、采樣和/或測(cè)量基底的溫度。在這個(gè)實(shí)施例中，可移動(dòng)梁的非共形溫度(non-conformaltemperature)取決于在所期望的梁溫度和基底溫度之間的溫度差。因此，通過(guò)計(jì)算和/或確定這個(gè)差值，例如使用與前面提到的差值和實(shí)際溫度相關(guān)的查找表，可以近似和/或推斷可移動(dòng)梁的實(shí)際溫度。
可替換地，控制電路可以使用預(yù)定的或數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)估計(jì)可移動(dòng)梁的溫度，其中該關(guān)系使用在所期望的梁溫度和基底溫度之間的溫度差。這種溫度感測(cè)技術(shù)可以顯著提高可移動(dòng)梁的溫度估計(jì)，從而，可以使MEMS諧振器輸出信號(hào)的頻率精度提高。
本發(fā)明可以在未封裝的諧振器上使用，所述諧振器可以在例如最終晶片探測(cè)處的探測(cè)位置上以晶片級(jí)被加熱。也可以使用開(kāi)放的塑料封裝(plastic package)(即，預(yù)塑封裝)?？商鎿Q地，在附著上和/或緊閉蓋子之前，可以在封裝的諧振器上實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
特別地，雖然示出的固定器16是獨(dú)立的和正方形的，但是可以使用任何將機(jī)械結(jié)構(gòu)12牢固定位在例如基底上的固定器結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，通過(guò)插入/覆蓋層或結(jié)構(gòu)，固定器16可以直接附著于基底或與基底相關(guān)而固定。事實(shí)上，固定器16可以使用固定技術(shù)(anchoringtechnique)的任何形式，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的。例如，本發(fā)明可以使用在2003年7月25日提交的指定序列號(hào)為10/627,237的非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)“Anchors for Microelectromechanical SystemsHaving an SOI Substrate，and Method for Fabricating Same”(下文為“Anchors for Microelectromechanical Systems Patent Application”)中描述和示出的固定技術(shù)。在這點(diǎn)上，根據(jù)本發(fā)明的MEMS諧振器10的任何和所有實(shí)施例使用在“Anchors for MicroelectromechanicalSystems Patent Application”中描述和示出的固定器(和固定技術(shù))，都可以被固定在基底上。為了簡(jiǎn)便，與在這里描述和示出的發(fā)明一起使用的“Anchors for Microelectromechanical Systems Patent Application”中的固定技術(shù)不將詳細(xì)地重復(fù)。然而，要特別注意“Anchors forMicroelectromechanical Systems Patent Application”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、替換、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)在這里合并作為參考。
而且，如上所述，可以用任何薄膜密封技術(shù)，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，來(lái)密封MEMS諧振器10。例如，本發(fā)明可以使用在2003年6月4日提交的指定序列號(hào)10/454,867的非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)“Microelectromechanical Systems，and Method of Encapsulating andFabricating Same”(下文為“Microelectromechanical Systems andMethod of Encapsulating Patent Application”)中描述和示出的密封技術(shù)。在這點(diǎn)上，根據(jù)本發(fā)明的MEMS諧振器10的任何和所有實(shí)施例可以使用在“Microelectromechanical Systems and Method ofEncapsulating Patent Application”中描述和示出的技術(shù)來(lái)密封。而且，根據(jù)本發(fā)明的MEMS諧振器10也可以包括或使用制造機(jī)械結(jié)構(gòu)并將觸點(diǎn)區(qū)域和/或場(chǎng)區(qū)域從其它導(dǎo)電材料中絕緣的技術(shù)，如在“Microelectromechanical Systems and Method of Encapsulating PatentApplication”中描述和示出的。為了簡(jiǎn)便，與在這里描述和示出的發(fā)明一起使用的“Microelectromechanical Systems and Method ofEncapsulating Patent Application”中的密封和絕緣技術(shù)將不重復(fù)。然而，要特別注意“Microelectromechanical Systems and Method ofEncapsulating Patent Application”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、替換、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)在這里合并作為參考。
此外，雖然在包括微機(jī)結(jié)構(gòu)或元件的微機(jī)電系統(tǒng)中描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明不限于這一點(diǎn)。相反，這里描述的發(fā)明也適用于包括例如納機(jī)電諧振器的其它機(jī)電系統(tǒng)。因此，本發(fā)明與按照諸如平版印刷和其它精密制造技術(shù)的制造技術(shù)制造的機(jī)電系統(tǒng)(例如諧振器)相關(guān)，其在大體上可與微電子學(xué)相比的范圍內(nèi)減少機(jī)械部件。
如上所述，MEMS諧振器10可以使用MEMS設(shè)計(jì)和/或控制的任何類(lèi)型，無(wú)論現(xiàn)在知道的還是以后開(kāi)發(fā)的，包括那些以上詳細(xì)討論的。例如，體型諧振器(例如，見(jiàn)圖11和12)以及在所有方向、平面內(nèi)和平面外振蕩的諧振器都是適用的。沒(méi)有在有限的意義上分析或解釋示例中的諧振器構(gòu)造。
在體型諧振器中，頻率與諧振器的幾何形狀以及材料是成比例的。頻率與振蕩方向上的寬度成正比例關(guān)系。因此，材料沉積(來(lái)自與固定電極18a和18b集成在一起的相對(duì)的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)30)可以增加體型諧振器的擴(kuò)展和收縮電極50的長(zhǎng)度(例如，見(jiàn)圖11和12)。這樣，可以降低MEMS諧振器10的頻率。
可替換地，體型諧振器的可移動(dòng)梁14可以按照本發(fā)明第一方面描述的而被加熱(使用電源26和/或光源44)。也就是說(shuō)，最初可移動(dòng)梁14的材料可以被退火，其后，通過(guò)控制電路24可以測(cè)量、檢測(cè)、采樣和/或確定MEMS諧振器10的頻率改變。通過(guò)施加較高的電流(I)或光46的較高強(qiáng)度來(lái)熔化和/或蒸發(fā)，使可移動(dòng)梁14的表面材料也可以發(fā)生改變，從而通過(guò)控制電路24可以測(cè)量、檢測(cè)、采樣和/或確定MEMS諧振器10的頻率改變。
雖然本發(fā)明的示例性實(shí)施例已經(jīng)示出了從可移動(dòng)梁14a和14b橫向置換的頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，但是頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)也可以另外或替代地垂直布置。因此，通過(guò)在機(jī)械結(jié)構(gòu)12上和/或下引入頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，在垂直面內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)材料沉積。這種技術(shù)對(duì)于在所有方向，平面內(nèi)和平面外振動(dòng)的諧振器10是有利的。
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“諧振器”，“MEMS諧振器”或“微機(jī)諧振器”涵蓋了微電機(jī)結(jié)構(gòu)的廣泛的類(lèi)和這些結(jié)構(gòu)的有用的組合。這種組合典型地包括電子電路，例如用于驅(qū)動(dòng)、供電、監(jiān)測(cè)和控制諧振器的電路。微電機(jī)結(jié)構(gòu)，例如孔洞、溝槽、懸臂梁、彎曲梁、彈簧、調(diào)諧叉、隔膜、基底固定器、電觸點(diǎn)等，是更復(fù)雜的裝置的結(jié)構(gòu)單元，例如換能器。換能器一般來(lái)說(shuō)是能夠?qū)⒁环N形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的設(shè)備。換能器包括傳感器和激勵(lì)器，是易受本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)影響的設(shè)備類(lèi)型的例子。
現(xiàn)在的諧振器通常至少包括一個(gè)微電機(jī)結(jié)構(gòu)，此后一般稱(chēng)作“梁結(jié)構(gòu)”。這個(gè)術(shù)語(yǔ)廣泛解釋為涵蓋任何換能器，所述換能器被設(shè)計(jì)用來(lái)當(dāng)外力(例如電、磁和/或物理力)作用時(shí)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)。單個(gè)彎曲梁、多重梁調(diào)諧叉都是梁結(jié)構(gòu)的例子。連續(xù)和離散結(jié)構(gòu)都被梁結(jié)構(gòu)這個(gè)術(shù)語(yǔ)包括。
還應(yīng)該注意雖然本發(fā)明連同SOI一起被描述，其它底層也是適合的。例如，第一半導(dǎo)體層可以是周期表中第四欄的材料，例如，硅、鍺、碳；也可以是這些材料的組合，例如，鍺化硅或碳化硅；也可以是第三欄和第五欄的化合物，例如，磷化鎵、磷化鋁鎵或其它第三欄和第五欄的組合；也可以是第三、四、五或六欄材料的組合，例如，氮化硅、氧化硅、碳化鋁或氧化鋁；也可以是金屬硅化物、鍺化物和碳化物，例如，硅化鎳、硅化鈷、碳化鎢或硅化鉑鍺(platinumgermanium silicide)；也可以是摻雜的變型，包括磷、砷、銻、硼、或摻雜了硅或鍺的鋁、碳、或如鍺化硅的組合物；也可以是具有不同晶體結(jié)構(gòu)的材料，包括單晶、多晶、納晶或非晶；也可以是晶體結(jié)構(gòu)的組合，例如在單晶和多晶結(jié)構(gòu)(摻雜或未摻雜的)范圍內(nèi)。事實(shí)上，第一半導(dǎo)體層也可以是金屬或金屬類(lèi)材料(在這種情況它將是布置在第一基底上的第一導(dǎo)體層)。特別地，機(jī)械結(jié)構(gòu)(例如可移動(dòng)梁14)可以由關(guān)于第一半導(dǎo)體層的上述相同的材料構(gòu)成。
其中，還應(yīng)該注意到術(shù)語(yǔ)“電路”可以表示單個(gè)部件或多個(gè)部件(無(wú)論是以集成電路形式還其他形式)，其是主動(dòng)的和/或被動(dòng)的，并且其耦合在一起用來(lái)提供或執(zhí)行所期望的功能。其中，術(shù)語(yǔ)“電路”可以表示電路(無(wú)論集成的還是其他的)，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)行軟件的處理器或電路(無(wú)論集成的還是其他的)，一組這樣的電路，狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)組，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，其中術(shù)語(yǔ)“數(shù)據(jù)”可以表示模擬或數(shù)字形式的電流或電壓信號(hào)。其中術(shù)語(yǔ)“測(cè)量”表示采樣、感測(cè)、檢查、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和/或獲取。短語(yǔ)“進(jìn)行測(cè)量“或相似的短語(yǔ)表示，例如，進(jìn)行采樣、感測(cè)、檢查、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和/或獲取。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)整MEMS諧振器的諧振頻率的方法，其中所述MEMS諧振器包含具有第一電觸點(diǎn)的第一基底固定器，具有第二電觸點(diǎn)的第二基底固定器，以及由所述第一基底固定器在第一端處、由所述第二基底固定器在第二端處固定的梁結(jié)構(gòu)，其中所述MEMS諧振器具有第一諧振頻率，所述方法包含選擇施加于所述第一電觸點(diǎn)的第一加熱電流；將第一加熱電流施加于所述MEMS諧振器，其中施加所述第一加熱電流包括使所述第一加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)，其中，作為響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料發(fā)生改變以提供所述MEMS諧振器的第二諧振頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法還包括測(cè)量所述MEMS諧振器的所述第一諧振頻率，并且其中所述第一加熱電流是基于所測(cè)量的第一諧振頻率來(lái)選擇的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法還包括測(cè)量所述MEMS諧振器的第二諧振頻率；計(jì)算施加于所述第一電觸點(diǎn)的第二加熱電流；以及將所述第二加熱電流施加于MEMS諧振器，其中施加所述第二加熱電流包括使所述第二加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)，其中，作為響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料發(fā)生改變以提供MEMS諧振器的第三諧振頻率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)，其中所述多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)中的每根梁包含由所述第一基底固定器固定的第一端和由所述第二基底固定器固定的第二端。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電流將所述梁結(jié)構(gòu)電阻加熱至超過(guò)300℃。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一電流將所述梁結(jié)構(gòu)電阻加熱至近似900℃和近似1200℃之間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一電流的響應(yīng)，所述高張力區(qū)域被電阻加熱，從而使所述高張力區(qū)域的材料發(fā)生改變。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一加熱電流的響應(yīng)，所述高張力區(qū)域被加熱到基本上高于所述梁結(jié)構(gòu)的其它部分的溫度。
9.一種調(diào)整MEMS諧振器的諧振頻率的方法，其中所述MEMS諧振器包含具有第一電觸點(diǎn)的第一基底固定器，具有第二電觸點(diǎn)的第二基底固定器，以及由所述第一基底固定器在第一端處、由所述第二基底固定器在第二端處固定的梁結(jié)構(gòu)，并且其中所述MEMS諧振器具有第一諧振頻率，所述方法包含將第一加熱電流施加于所述MEMS諧振器，其中施加所述第一加熱電流包括使所述第一加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)，其中，作為響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料從其中蒸發(fā)以提供所述MEMS諧振器的第二諧振頻率；以及測(cè)量所述MEMS諧振器的所述第二諧振頻率。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括測(cè)量所述MEMS諧振器的所述第一諧振頻率；以及基于所測(cè)量的第一諧振頻率來(lái)確定所述第一加熱電流。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括測(cè)量所述MEMS諧振器的所述第二諧振頻率；確定施加于所述第一電觸點(diǎn)的第二加熱電流；以及將所述第二加熱電流施加于所述MEMS諧振器，其中施加所述第二加熱電流包括使所述第二加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述梁結(jié)構(gòu)，其中，作為響應(yīng)，所述第一梁結(jié)構(gòu)的材料發(fā)生改變以提供所述MEMS諧振器的第三諧振頻率。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)，其中所述多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)中的每根梁包含由所述第一基底固定器固定的第一端和由所述第二基底固定器固定的第二端。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一電流將所述梁結(jié)構(gòu)電阻加熱至超過(guò)300℃。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一電流將所述梁結(jié)構(gòu)電阻加熱至近似900℃和近似1200℃之間。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一加熱電流的響應(yīng)，所述高張力區(qū)域被加熱到基本上高于所述梁結(jié)構(gòu)的其它部分的溫度。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)由多晶硅材料構(gòu)成，并且所述第一電流將所述梁結(jié)構(gòu)電阻加熱至近似900℃和近似1200℃之間。
17.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)由多晶硅材料構(gòu)成，并且所述第一電流將所述梁結(jié)構(gòu)電阻加熱至超過(guò)近似1200℃。
18.一種調(diào)整MEMS諧振器的諧振頻率的方法，其中所述MEMS諧振器包含梁結(jié)構(gòu)和頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)由多晶硅構(gòu)成，并且包括第一和第二電觸點(diǎn)，并且其中所述MEMS諧振器具有第一諧振頻率，所述方法包含將第一加熱電流施加于所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中施加所述第一加熱電流包括使所述第一加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中，作為響應(yīng)，所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的材料從其中蒸發(fā)并沉積在所述梁結(jié)構(gòu)上以提供所述MEMS諧振器的第二諧振頻率；以及測(cè)量所述MEMS諧振器的所述第二諧振頻率。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括測(cè)量所述MEMS諧振器的所述第一諧振頻率；以及基于所測(cè)量的第一諧振頻率確定所述第一加熱電流。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括測(cè)量所述MEMS諧振器的所述第二諧振頻率；確定施加于所述第一電觸點(diǎn)的第二加熱電流；以及將所述第二加熱電流施加于所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中施加所述第二加熱電流包括使所述第二加熱電流從所述第一電觸點(diǎn)流向所述第二電觸點(diǎn)，從而電阻加熱所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中，作為響應(yīng)，所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的額外的材料沉積在所述梁結(jié)構(gòu)上以提供所述MEMS諧振器的第三諧振頻率。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)，其中多重梁調(diào)諧叉結(jié)構(gòu)中的每根梁包含由第一基底固定器固定的第一端和由第二基底固定器固定的第二端。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)被集成在所述MEMS諧振器的固定電極中。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一電流將所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)電阻加熱至900℃和1200℃之間。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一加熱電流的響應(yīng)，所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)的材料沉積在所述高張力區(qū)域上。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含多個(gè)高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一加熱電流的響應(yīng)，基本上所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)所蒸發(fā)的材料的量都沉積在所述高張力區(qū)域上。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)和所述梁結(jié)構(gòu)由多晶硅材料構(gòu)成，并且所述第一電流將所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)電阻加熱至超過(guò)近似900℃。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)和所述梁結(jié)構(gòu)由多晶硅材料構(gòu)成，并且所述第一電流將所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)電阻加熱至超過(guò)近似1200℃。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)被集成在固定電極中。
29.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述梁結(jié)構(gòu)包含多個(gè)高張力區(qū)域，其中作為對(duì)所述第一加熱電流的響應(yīng)，基本上所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)所蒸發(fā)的材料的量都沉積在所述高張力區(qū)域之外的區(qū)域上。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)和所述梁結(jié)構(gòu)由多晶硅材料構(gòu)成，并且所述第一電流將所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)電阻加熱至超過(guò)近似900℃。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)和所述梁結(jié)構(gòu)由多晶硅材料構(gòu)成，并且所述第一電流將所述頻率調(diào)整結(jié)構(gòu)電阻加熱到超過(guò)近似1200℃。
全文摘要
在此描述和示出了許多發(fā)明。這些發(fā)明關(guān)于用于制造具有輸出頻率的微機(jī)電諧振器的一種方法，該輸出頻率無(wú)論在最后封裝之前和/或之后都可以被調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇。在一方面，本發(fā)明的方法通過(guò)電阻加熱(以可選擇或不可選擇的方式)機(jī)械結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)元件和/或梁(例如，可移動(dòng)或可擴(kuò)展電極和/或頻率調(diào)整結(jié)構(gòu))從諧振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)改變和/或除去材料來(lái)調(diào)整、調(diào)諧、設(shè)置、限定和/或選擇所述微機(jī)電諧振器的頻率。
文檔編號(hào)H03H9/46GK1977448SQ200580021276
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者馬庫(kù)斯·盧茨, 阿龍·帕特里奇 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司