基于VO2相变材料的温控频率可调MEMS带阻滤波器

本发明属于电子器件，具体涉及基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器。

背景技术：

1、几乎所有的电子设备都需要频率控制，而谐振器则是产生谐振频率的专用元器件。自20世纪中期以来，主要谐振器市场的主要是石英晶体谐振器与石英振荡器。然而随着技术的不断发展，谐振器的尺寸越来越小以满足可穿戴市场以及手机芯片对于系统高度集成化的需要，同时亦要满足低功耗需求。此时，传统的晶体谐振器已经很难在“超小尺寸”下保持等效串联电阻(esr)特性，即低功耗特性。微电子机械系统(micro electromechanical systems，mens)技术是本世纪初发展起来的一种新型多学科交叉技术，涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科，在不久的将来将对人类生活生产产生革命性的影响。

2、相比于传统的石英晶体谐振器，通过mems技术加工制作的mems谐振器具有可靠性高、低功耗、低esr特性等特性，同时其尺寸比传统的石英晶体谐振器小50％以上，并且由于其加工方式，可直接与当前的集成电路芯片工艺相兼容。

3、此外，为了满足不同条件下适用情况，要求mems谐振器可以工作在多个谐振频率。虽然增加谐振器数目是一种可选择的方案，然而这必将增加整个系统的体积，增大系统的功耗，不利于系统的高度集成。

4、二氧化钒(vo2)是一种相变材料，在其相变过程中结构内部应力会发生较大的变化。根据结构力学相关知识可知，当在双端固支梁上施加拉伸或压缩载荷时，双端固支梁的谐振频率会发生改变。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，以解决了不改变谐振器自身结构实现频率可调的问题。

2、本发明所采用的技术方案是：基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，滤波器由两个频率单独可调的mems平板谐振器构成；包括sio2基板，sio2基板位于滤波器的最下方；sio2基板上方设置有底部电极，包含四个平板的si3n4双端固支平板位于底部电极上方，si3n4双端固支平板通过刻蚀与底部电极以及sio2基板之间形成若干微米级的间隙；si3n4双端固支平板上方设置有顶部电极，且顶部电极位于si3n4双端固支平板的四个平板处、位置与底部电极一一对应；顶部电极上方设置有si3n4绝缘层，si3n4绝缘层用于隔绝顶部电极与加热电阻之间的电气连接；加热电阻位于si3n4绝缘层上方；加热电阻上方设置有vo2层。

3、本发明的特点还在于，

4、底部电极通过沉积与刻蚀法构型在sio2基板上，底部电极包括底部电极a、底部电极b、底部电极c、底部电极d；底部电极c与底部电极d相对布置，底部电极a与底部电极b相对布置在底部电极c与底部电极d之间；底部电极a、底部电极b、底部电极c、底部电极d分别通过微带线a、微带线b、微带线c以及微带线d连接至外部电路。

5、底部电极上通过沉积与刻蚀法构型有si3n4双端固支平板；si3n4双端固支平板为一个封闭式平板框架，在si3n4双端固支平板的中间梁两侧分别设有结构对称的平板a与平板b，平板c与平板d，平板a、平板b、平板c与平板d位置分别与底部电极a、底部电极b、底部电极c、底部电极d相对应。

6、si3n4双端固支平板上通过沉积与刻蚀法构型有四个独立电极a、电极b、电极c与电极d，且位置分别与si3n4双端固支平板中间梁的平板a、平板b、平板c与平板d相对应，电极a、电极b、电极c与电极d分别通过微带线连接至外围电路。

7、si3n4绝缘层沉积在顶部电极上方，si3n4绝缘层与si3n4双端固支平板形状大小相同，位置上下相对应；实现顶部电极与加热电阻之间的完全电气绝缘。

8、加热电阻沉积在si3n4绝缘层上，每个加热电阻由一对各段宽度不同的pt金属微带相对分布构成，每个pt金属微带的中间部分有两处矩形凸起，其中凸起部分的pt金属微带最窄以保证此处电阻最大。

9、vo2层通过脉冲激光沉积法沉积在加热电阻上方，vo2层与pt金属微带构成的加热电阻结构互补，形状为两条pt金属微带围成的双十字结构；vo2层的十字短板位于加热电阻的pt金属微带最窄处正上方。

10、vo2层是由vo2相变材料制成的薄膜。

11、本发明的有益效果是，在不改变mems谐振器自身结构的情况下，通过利用vo2材料以及金属微带在相变过程中应力发生改变的特性，实现了mems谐振器频率的改变，从而为高集成系统在复杂条件下的应用提供了条件。本发明提出的基于vo2的频率可调mems平板谐振器，可用于厘米波波段通讯系统中

技术特征：

1.基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述滤波器由两个频率单独可调的mems平板谐振器构成；包括sio2基板(1)，所述sio2基板(1)位于滤波器的最下方；所述sio2基板(1)上方设置有底部电极(2)，包含四个平板的si3n4双端固支平板(3)位于底部电极(2)上方，所述si3n4双端固支平板(3)通过刻蚀与底部电极(2)以及sio2基板(1)之间形成若干微米级的间隙；所述si3n4双端固支平板(3)上方设置有顶部电极(4)，且顶部电极(4)位于si3n4双端固支平板(3)的四个平板处、位置与底部电极(2)一一对应；所述顶部电极(4)上方设置有si3n4绝缘层(5)，所述si3n4绝缘层(5)用于隔绝顶部电极(4)与加热电阻(6)之间的电气连接；所述加热电阻(6)位于si3n4绝缘层(5)上方；所述加热电阻(6)上方设置有vo2层(7)。

2.根据权利要求1所述的基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述底部电极(2)通过沉积与刻蚀法构型在sio2基板(1)上，所述底部电极(2)包括底部电极a(8)、底部电极b(9)、底部电极c(10)、底部电极d(11)；所述底部电极c(10)与底部电极d(11)相对布置，所述底部电极a(8)与底部电极b(9)相对布置在底部电极c(10)与底部电极d(11)之间；所述底部电极a(8)、底部电极b(9)、底部电极c(10)、底部电极d(11)分别通过微带线a(12)、微带线b(13)、微带线c(14)以及微带线d(15)连接至外部电路。

3.根据权利要求2所述的基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述底部电极(2)上通过沉积与刻蚀法构型有si3n4双端固支平板(3)；所述si3n4双端固支平板(3)为一个封闭式平板框架，在si3n4双端固支平板(3)的中间梁(16)两侧分别设有结构对称的平板a(17)与平板b(18)，平板c(19)与平板d(20)，所述平板a(17)、平板b(18)、平板c(19)与平板d(20)位置分别与底部电极a(8)、底部电极b(9)、底部电极c(10)、底部电极d(11)相对应。

4.根据权利要求3所述的基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述si3n4双端固支平板(3)上通过沉积与刻蚀法构型有四个独立电极a(21)、电极b(22)、电极c(23)与电极d(24)，且位置分别与si3n4双端固支平板(3)中间梁(16)的平板a(17)、平板b(18)、平板c(19)与平板d(20)相对应，所述电极a(21)、电极b(22)、电极c(23)与电极d(24)分别通过微带线连接至外围电路。

5.根据权利要求3所述的基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述si3n4绝缘层(5)沉积在顶部电极(4)上方，所述si3n4绝缘层(5)与所述si3n4双端固支平板(3)形状大小相同，位置上下相对应；实现顶部电极(4)与加热电阻(6)之间的完全电气绝缘。

6.根据权利要求1所述的基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述加热电阻(6)沉积在si3n4绝缘层(5)上，每个加热电阻(6)由一对各段宽度不同的pt金属微带相对分布构成，每个pt金属微带(25)的中间部分有两处矩形凸起，其中凸起部分的pt金属微带最窄以保证此处电阻最大。

7.根据权利要求1所述的基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述vo2层(7)通过脉冲激光沉积法沉积在加热电阻(6)上方，所述vo2层(7)与pt金属微带构成的加热电阻(6)结构互补，形状为两条pt金属微带围成的双十字结构；所述vo2层(7)的十字短板位于加热电阻(6)的pt金属微带最窄处正上方。

8.根据权利要求1所述的基于vo2相变材料的温控频率可调mems带阻滤波器，其特征在于，所述vo2层(7)是由vo2相变材料制成的薄膜。

技术总结
本发明公开的基于VO<subgt;2</subgt;相变材料的温控频率可调MEMS带阻滤波器，从下到上依次包括：SiO<subgt;2</subgt;基板、包含四个独立电极模块的底部电极、包含四个平板的Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;双端固支平板、包含四个独立电极模块的顶部电极、Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;绝缘层、加热电阻、VO<subgt;2</subgt;层；顶部电极与底部电极相对应；加热电阻位于Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;绝缘层上方且其电阻最大区域位于Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;双端固支平板的两端区域；加热电阻采用Pt制作以增加其耐高温特性，同时加热电阻由不同宽度的Pt金属带构成以保证Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;双端固支平板上下平板区域的电阻值最大。

技术研发人员：陈志强,田文超,辛菲,徐瀚洋
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12