高频压电MEMS谐振器研究

发布时间：2022-01-07 22:48

　　压电换能机理的MEMS谐振器近年来备受关注。压电激励的MEMS谐振器可以克服很多限制,诸如动态电阻和非线性之间的限制,以及电容式谐振器和压阻转换的MEMS谐振器中的偏置电压需求的限制。相比于其他类型的谐振器,压电式谐振器具有更小的动态阻抗和插入损耗,而这种谐振器的缺点是品质因数Q值较低,在纯压电MEMS谐振器中较为显著,这是由于压电谐振器的材料和电极损耗以及锚点损耗等能量损耗较为显著。在众多损耗中,锚点损耗是主要损耗来源,也是限制MEMS谐振器Q值的最重要因素。本文的研究重点就是设计与制造高Q值的压电谐振器,分别是声子晶体谐振器和圆环谐振器。本文先介绍了MEMS谐振器的相关原理,然后详细介绍了声子晶体谐振器与圆环谐振器的设计过程与结果分析。本文首先设计了一种在支撑梁上增加二维声子晶体结构的MEMS谐振器。谐振器的锚点损耗是影响谐振器的Q值的重要因素,在高频时锚点损耗影响更明显。在谐振时,存储在谐振器中的能量的一部分通过弹性波形式通过支撑锚点传递到基底。本文设计的声子晶体谐振器基于TPoS谐振器,在TPoS谐振器的基础上增加了一种声子晶体结构,可以达到减小能量损耗,提升Q值的目的。本文对... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本论文的主要研究内容
第二章 MEMS谐振器原理
    2.1 谐振系统基本模型和性质
    2.2 MEMS谐振器的等效电路
    2.3 谐振器不同模态下的频率计算
    2.4 谐振器动态阻抗
    2.5 谐振器损耗分析
        2.5.1 空气阻尼
        2.5.2 锚点损耗
        2.5.3 材料损耗
        2.5.4 其他损耗
    2.6 MEMS谐振器中硅的杨氏模量
        2.6.1 晶体方向对杨氏模量的影响
        2.6.2 材料弹性与杨氏模量的关系
    2.7 MEMS谐振器的能量转换方式
第三章 声子晶体谐振器设计
    3.1 声子晶体介绍
        3.1.1 声子晶体和带隙的概念
        3.1.2 声子晶体带隙计算方法
    3.2 声子晶体结构的带隙仿真
    3.3 声子晶体带隙影响因素的研究
        3.3.1 圆孔半径R对声子晶体带隙的影响
        3.3.2 梁长L对声子晶体带隙的影响
        3.3.3 方块长度Ls对声子晶体带隙的影响
        3.3.4 方块宽度Ws对声子晶体带隙的影响
        3.3.5 孔数量对声子晶体带隙的影响
        3.3.6 孔的形状和角度对声子晶体带隙影响
        3.3.7 声子晶体带隙影响因素的总结
    3.4 声子晶体谐振器Q值仿真
        3.4.1 无声子晶体结构谐振器的Q值仿真
        3.4.2 带有一个声子晶体的谐振器Q值仿真
        3.4.3 带有多个声子晶体的谐振器Q值仿真
    3.5 声子晶体谐振器模态仿真
    3.6 声子晶体谐振器的加工工艺与版图设计
        3.6.1 谐振器加工工艺
        3.6.2 声子晶体谐振器版图设计
    3.7 声子晶体谐振器的实物测试
        3.7.1 100μm长度的谐振器测试结果
        3.7.2 80μm长度的谐振器测试结果
    3.8 分析与总结
第四章 圆环谐振器设计
    4.1 圆环谐振器介绍
        4.1.1 圆环谐振器基本参数
        4.1.2 圆环谐振器频率计算
    4.2 圆环谐振器仿真
        4.2.1 单电极圆环谐振器仿真
        4.2.2 交叉电极圆环谐振器仿真
        4.2.3 两种谐振器的电荷分布比较
    4.3 版图设计与实物测试
    4.4 本章总结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3575413