Annons

MEMS-resonator med Q=220 000 på IEDM

På International Electron Devices Meeting i San Francisco rapporterar Panasonic och Imec om en ny MEMS-resonator med enastående prestanda. Resonatorn är byggd i SiGe på isolerande substrat.

Det höga Q-värdet åstadkommes genom att resonatorn är utförd som en stav, med triangelformat tvärsnitt, vars torsionsvridning man utnyttjar för resonans. Konstruktionen kräver låg förspänning. Resonatorn ligger i vakuum och kapslingen är gjord med hjälp av en tunnfilmsteknik.
Tekniken är banbrytande och kan komma att användas i konstruktioner där man eftersträvar miniatyrisering och låg effektförbrukning, t ex i konsumentprodukter och fordonselektronisk utrustning.

MEMS-resonatorn innebär ytterligare miniatyrisering, jämfört med konventionella kvartskristaller eller piezoelektrisk keramik. Men dagens MEMS-resonatorer lider av lågt Q-värde och kräver hög förspänning. Den MEMS-resonator som Imec och Panasonic nu presenterar på IEDM har industrins högsta Q-värde (220 000 vid 20 MHz, eller f×Q=4,3×1012 Hz) och kräver låg förspänning tack vare en kombination av olika, avancerade MEMS-teknologier.
Utnyttjandet av torsionssvängning ger låga infästningsförluster och lägre dämpning på grund av trycket i omgivande film, jämfört med resonatorer som utnyttjar böjning, ger det höga Q-värdet. Eftersom detta påverkas även av trycket i omgivande material valde IMEC och Panasonic att använda vakuum. Kapslingen av MEMS-konstruktionen är gjord med en 4 mikrometer tjock film av SiGe.
Tack vare det lilla gapet mellan elektroder för avlänkning, drivning och avkänning, och resonator, bara 130 nm, räcker det med att lägga på 1,8 Vdc spänning. Genom att dessutom etsa bort ett lager av mikrokristallint kisel-germanium minskar risken för att kapslingsmaterialet skall hamna på insidan av kaviteten och man kan se till att etsa bort rätt mängd material ovanför avlänkningsytan. Totalt leder det till ett mindre hölje.
Den kapslade MEMS-resonatorn togs fram som en del av Imecs CMORE-program, riktat mot industrin.

Comments are closed.