MEMS 谐振器阵列结构和操作与使用该 MEMS 谐振器阵列结 构的方法 相关申请的交叉引用
本 申 请 要 求 享 有 2007 年 12 月 18 日 提 交 的 题 为 “MEMS RESONATOR ARRAY STRUCTURE AND METHOD OF OPERATING AND USING SAME” 的美国申请 No.12/002,894 的优 先权， 在此通过引用将其全文并入。
背景技术
本发明涉及微机电或纳米机电谐振器结构以及与谐振器结构相关使用的方法。
通常， 高品质 ( “Q” ) 因数的微机电谐振器被认为是参考频率和滤波器的有希望选 择。然而， 为了实现更高的频率， 这种谐振器的尺度正在越缩越小。更小的尺度导致驱动和 / 或感测电容变小， 这可能进一步对谐振器的信号强度、 稳定性和 / 或 “Q” 因数造成不利影 响。
需要一种有助于克服上述一个、 一些或所有缺点的谐振器结构。发明内容 这里描述和例示了很多发明以及这些发明的很多方面和实施例。 本发明内容论述 这里所述和主张的发明中的一些。但本发明的这一发明内容绝不是本发明范围的穷举。
在一个方面中， 本发明包括一种 MEMS 阵列结构， 其中该 MEMS 阵列结构包括包含 第一体模式谐振器和第二体模式谐振器的多个体模式谐振器 ； 以及至少一个谐振器耦合部 分， 包括设置于所述第一体模式谐振器和所述第二体模式谐振器之间的第一谐振器耦合部 分， 以机械耦合所述第一体模式谐振器和所述第二体模式谐振器。
在一个实施例中， 所述第一体模式谐振器包括节点， 所述第二体模式谐振器包括 节点， 且所述第一谐振器耦合部分设置于所述第一体模式谐振器的所述节点和所述第二体 模式谐振器的所述节点之间。
在另一实施例中， 所述第一体模式谐振器和所述第二体模式谐振器耦合到公共基 底锚 (anchor)。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括至少一个锚耦合部分， 包括设置于所 述至少一个谐振器耦合部分和所述基底锚之间的第一锚耦合部分。
在另一实施例中， 所述第一锚耦合部分包括至少一个应力 / 应变释放机构。
在另一实施例中， 所述第一锚耦合部分包括弹簧。
在另一实施例中， 所述多个体模式谐振器具有第一振动状态， 其中， 所述第一体模 式谐振器至少部分沿第一方向和第二方向中的至少一个方向收缩并且至少部分沿第三方 向和第四方向中的至少一个方向膨胀， 并且其中所述第二体模式谐振器至少部分沿所述第 一方向和所述第二方向中的至少一个方向膨胀并且至少部分沿所述第三方向和所述第四 方向中的至少一个方向收缩， 其中所述第二方向与所述第一方向相反， 所述第四方向和所 述第三方向相反。
在另一实施例中， 所述第三方向和所述第四方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。 在另一实施例中， 所述多个体模式谐振器具有第二振动状态， 其中， 所述第一体模 式谐振器至少部分沿所述第一方向和所述第二方向中的至少一个方向膨胀并且至少部分 沿所述第三方向和所述第四方向中的至少一个方向收缩， 并且其中所述第二体模式谐振器 至少部分沿所述第一方向和所述第二方向中的至少一个方向收缩并且至少部分沿所述第 三方向和所述第四方向中的至少一个方向膨胀。
在另一实施例中， 所述第一体模式谐振器的振动诱发所述第二体模式谐振器的振 动。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括多个感测电极， 以提供表示所述多个 体模式谐振器中的至少一个的振动的感测信号。
在另一实施例中， 所述感测信号包括差分感测信号。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括感测电路， 以接收所述感测信号并且 响应于所述感测信号提供输出信号。
在另一实施例中， 所述输出信号包括差分输出信号。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括多个驱动电极， 以接收驱动信号， 诱 使所述多个体模式谐振器中的至少一个振动。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括驱动电路， 以接收所述输出信号并且 响应于所述输出信号提供驱动信号。
在另一实施例中， 所述驱动信号包括差分驱动信号。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括第一多个电极和第二多个电极， 所述 第一多个电极与所述第一体模式谐振器并排设置， 所述第二多个电极与所述第二体模式谐 振器并排设置。
在另一实施例中， 所述第一多个电极包括至少一个电极以感测所述第一体模式谐 振器的振动。
在另一实施例中， 所述第二多个电极包括至少一个电极以接收驱动信号， 诱发所 述第二体模式谐振器的振动。
在另一实施例中， 所述第一多个电极包括第一电极、 第二电极、 第三电极和第四电 极， 所述第二多个电极包括第一电极、 第二电极、 第三电极和第四电极。
在另一实施例中， 所述第一体模式谐振器包括第一外表面和第二外表面， 所述第 二体模式谐振器包括第一外表面和第二外表面， 所述第一多个电极包括第一电极和第二电 极， 所述第一多个电极的所述第一电极与所述第一体模式谐振器的所述第一外表面并排设 置， 所述第一多个电极的所述第二电极与所述第一体模式谐振器的所述第二外表面并排设 置， 所述第二多个电极包括第一电极和第二电极， 所述第二多个电极的所述第一电极与所 述第二体模式谐振器的所述第一外表面并排设置， 所述第二多个电极的所述第二电极与所 述第二体模式谐振器的所述第二外表面并排设置。
在另一实施例中， 所述第一体模式谐振器还包括第三外表面， 所述第二体模式谐 振器还包括第三外表面， 所述第一多个电极还包括与所述第一体模式谐振器的所述第三外 表面并排设置的第三电极， 所述第二多个电极还包括与所述第二体模式谐振器的所述第三
外表面并排设置的第三电极。
在另一实施例中， 所述第一体模式谐振器还包括第四外表面， 所述第二体模式谐 振器还包括第四外表面， 所述第一多个电极还包括与所述第一体模式谐振器的所述第四外 表面并排设置的第四电极， 所述第二多个电极还包括与所述第二体模式谐振器的所述第四 外表面并排设置的第四电极。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括第三体模式谐振器和第三多个电极， 所述第三多个电极与所述第三体模式谐振器并排设置， 所述至少一个谐振器耦合部分还包 括设置于所述第二体模式谐振器和所述第三体模式谐振器之间的第二谐振器耦合部分， 以 机械耦合所述第二体模式谐振器和所述第三体模式谐振器。
在另一实施例中， 所述第三多个电极包括第一电极、 第二电极、 第三电极和第四电 极。
在另一实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括第四体模式谐振器和第四多个电极， 所述第四多个电极与所述第四体模式谐振器并排设置， 所述至少一个谐振器耦合部分还包 括设置于所述第三体模式谐振器和所述第四体模式谐振器之间的第三谐振器耦合部分， 以 机械耦合所述第三体模式谐振器和所述第四体模式谐振器。
在另一实施例中， 所述第四多个电极包括第一电极、 第二电极、 第三电极和第四电极。 在另一实施例中， 所述第一多个电极包括第一电极和第二电极， 所述第一电极和 所述第一体模式谐振器限定电容， 如果所述第一体模式谐振器处于第一振动状态， 所述第 一电极和所述第一体模式谐振器限定的电容具有第一大小， 如果所述第一体模式谐振器处 于第二振动状态， 具有第二大小。
在另一方面中， 本发明包括一种 MEMS 阵列结构， 其中， 所述 MEMS 阵列结构包括包 含第一谐振器和第二谐振器的多个谐振器， 其中， 所述多个谐振器具有第一振动状态， 其中 所述第一谐振器至少部分沿第一方向和第二方向中的至少一个方向收缩并且至少部分沿 第三方向和第四方向中的至少一个方向膨胀， 并且其中所述第二谐振器至少部分沿所述第 一方向和所述第二方向中的至少一个方向膨胀并且至少部分沿所述第三方向和所述第四 方向中的至少一个方向收缩， 其中所述第二方向与所述第一方向相反， 所述第四方向和所 述第三方向相反 ； 以及至少一个谐振器耦合部分， 包括设置于所述第一谐振器和所述第二 谐振器之间的第一谐振器耦合部分， 以机械耦合所述第一谐振器和所述第二谐振器。
在一个实施例中， 所述第三方向和所述第四方向垂直于所述第一方向和所述第二 方向。
在另一实施例中， 所述多个谐振器具有第二振动状态， 其中， 所述第一谐振器至少 部分沿所述第一方向和所述第二方向中的至少一个方向膨胀并且至少部分沿所述第三方 向和所述第四方向中的至少一个方向收缩， 并且其中所述第二谐振器至少部分沿所述第一 方向和所述第二方向中的至少一个方向收缩并且至少部分沿所述第三方向和所述第四方 向中的至少一个方向膨胀。
在另一实施例中， 所述第三方向和所述第四方向垂直于所述第一方向和所述第二 方向。
在另一方面中， 本发明包括一种 MEMS 阵列结构， 其中， 所述 MEMS 阵列结构包括包
含第一体模式谐振器和第二体模式谐振器的多个体模式谐振器 ； 与所述第一体模式谐振器 并排设置的第一多个电极 ； 以及与所述第二体模式谐振器并排设置的第二多个电极， 其中 所述第一多个电极的至少一个电极耦合到所述第二多个电极的至少一个电极。
在一个实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括耦合到所述第一多个电极的至少一 个电极和所述第二多个电极的至少一个电极的电路。
在另一方面中， 本发明包括一种 MEMS 阵列结构， 其中， 所述 MEMS 阵列结构包括包 含第一体模式谐振器和第二体模式谐振器的多个体模式谐振器 ； 接收驱动信号并诱使所述 第一体模式谐振器振动的第一多个电极 ； 以及接收所述驱动信号并诱使所述第二体模式谐 振器振动的第二多个电极， 其中， 所述第一多个电极的至少一个电极耦合到所述第二多个 电极的至少一个电极。
在一个实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括提供所述驱动信号的驱动电路。
在另一方面中， 本发明包括一种 MEMS 阵列结构， 其中， 所述 MEMS 阵列结构包括包 含第一体模式谐振器和第二体模式谐振器的多个体模式谐振器 ； 感测所述第一体模式谐振 器的振动的第一多个电极 ； 感测所述第二体模式谐振器的振动的第二多个电极 ； 并且其中 所述第一多个电极中的至少一个耦合到所述第二多个电极中的至少一个。
在一个实施例中， 所述 MEMS 阵列结构还包括耦合到所述第一多个电极和所述第 二多个电极的感测电路， 以提供输出信号。
此外， 这里描述和例示了很多发明。本发明的这一发明内容不是本发明范围的穷 举。此外， 本发明的这一发明内容并非意在限制本发明， 不应被解释为那种方式。于是， 尽 管在本发明内容中已经描述和 / 或简介了某些方面和实施例， 但应理解显然本发明不限于 这种方面、 实施例、 描述和 / 或概要。
应当理解， 本发明内容中未描述并且未出现于以下权利要求中的本发明的所有方 面和 / 或实施例被保留在一个或多个分案 / 延续专利申请中陈述。
此外， 尽管已经在本发明的本发明内容中描述了各种特征、 属性和优点和 / 或根 据其而显而易见， 但显然这种特征、 属性和优点不是必需的， 除非另行指出， 否则不必存在 于本发明的方面和 / 或实施例中。
此外， 从以下详细描述和附图可以更加明了本发明一个或多个方面和 / 或实施例 的各种目的、 特征和 / 或优点。不过应当理解， 任何这种目的、 特征和 / 或优点都不是必需 的， 除非另行指出， 不需要存在于本发明的各方面和 / 或实施例中。 附图说明
在下面的详细描述过程中， 将参考附图。 这些图示出了本发明的不同方面， 在适当 的时候， 以类似方式标注不同图中指示相似结构、 部件、 材料和 / 或元件的附图标记。显然， 应理解除那些具体示出之外的结构、 部件、 材料和 / 或元件的各种组合， 它们在本发明的范 围之内。
图 1A 是一种微机电谐振器装置的顶视图 ；
图 1B 是可以用于图 1A 的谐振器装置中的一种体模式谐振器的示意透视图， 其处 于静止状态 ；
图 1C 是图 1A 的谐振器装置的顶视图， 谐振器处于第一振动状态下， 其中与静止状态相比， 谐振器沿第一轴收缩， 沿第二轴膨胀 ；
图 1D 是图 1A 的谐振器装置的顶视图， 谐振器处于第二振动状态下， 其中与静止状 态相比， 谐振器沿第一轴膨胀， 沿第二轴收缩 ；
图 2A 是根据本发明某些方面具有 N×M 谐振器配置的多个体模式谐振器的 MEMS 谐振器阵列的一个实施例的示意图， 其中阵列的每个体模式微机电谐振器耦合到相邻的阵 列的体模式微机电谐振器 ；
图 2B 是根据本发明某些方面具有 N×M 谐振器配置的多个体模式谐振器的 MEMS 谐振器阵列的一个实施例的示意图， 其中阵列的每个谐振器耦合到至少一个相邻的阵列谐 振器 ；
图 2C 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一实施例的示意图， 其中阵列 的体模式谐振器布置成线性阵列 ；
图 2D 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一实施例的示意图， 其中阵列 的体模式谐振器布置成 L 形阵列 ；
图 2E 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一实施例的示意图， 其中阵列 的体模式谐振器布置成线性阵列 ； 图 2F 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一实施例的示意图， 其中阵列 的体模式谐振器布置成三角形阵列 ；
图 2G 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一实施例的示意图， 其中阵列 的体模式谐振器布置成 2×2 阵列 ；
图 2H 是具有两个体模式谐振器的 MEMS 谐振器阵列的一个实施例的示意图， 两个 体模式谐振器由设置于两个体谐振器之间的两个或更多谐振器耦合部分机械耦合 ；
图 3A 是根据本发明某些方面处于静止状态的体模式谐振器一个实施例的顶视 图， 可以将其用于图 2A-2G 的 MEMS 谐振器阵列中 ；
图 3B 是根据本发明某些方面处于静止状态的图 3A 的谐振器一个实施例的示意透 视图 ；
图 3C 是根据本发明某些方面处于静止状态的体模式谐振器另一个实施例的顶视 图， 可以将其用于图 2A-2G 的 MEMS 谐振器阵列中 ；
图 3D 是根据本发明某些方面处于静止状态的体模式谐振器另一个实施例的顶视 图， 可以将其用于图 2A-2G 的 MEMS 谐振器阵列中 ；
图 3E 是根据本发明某些方面处于静止状态的体模式谐振器另一个实施例的顶视 图， 可以将其用于图 2A-2G 的 MEMS 谐振器阵列中 ；
图 3F 是根据本发明某些方面处于静止状态的图 3A 的谐振器一个实施例的侧视 图；
图 4A-4E 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列的各种实施例的顶视图， 每个阵列具有多个体模式谐振器和一个或多个谐振器耦合部分， 多个体模式谐振器可以均 与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似， 谐振器耦合部分将多个共振器的每个机械耦合到 多个体模式谐振器中的一个或多个其他谐振器 ；
图 4F 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐 振器阵列具有多个可以均与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似的体模式谐振器 ；
图 4G 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有多个可以均与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似的体模式谐振器以及 两个不同类型的谐振器耦合部分 ；
图 4H 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶 视图， 该谐振器阵列具有多个可以均与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似的体模式谐振 器以及机械耦合多个谐振器中两个的谐振器耦合部分的一个实施例 ；
图 4I 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大 顶视图， 该谐振器阵列具有多个可以均与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似的体模式谐 振器以及机械耦合多个谐振器中两个的谐振器耦合部分的另一个实施例 ；
图 4J 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大 顶视图， 该谐振器阵列具有多个可以均与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似的体模式谐 振器以及机械耦合多个谐振器中两个的谐振器耦合部分的另一个实施例 ；
图 5A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶 视图， 该谐振器阵列具有多个可以均与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似的体模式谐振 器以及机械耦合多个谐振器中两个的谐振器耦合部分的另一个实施例， 其中所述谐振器耦 合部分包括设置于谐振器耦合部分之内的一个或多个负载释放机构 ； 图 5B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一实施例一部分的放大顶 视图， 该谐振器阵列具有多个可以均与图 3A-3B 的体模式谐振器相同或相似的体模式谐振 器以及机械耦合多个谐振器中两个的谐振器耦合部分的另一个实施例， 其中所述谐振器耦 合部分包括设置于谐振器耦合部分之内的一个或多个负载释放机构 ；
图 6A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐 振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振器耦 合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于一种锚定技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合到一个或 多个基底锚 ；
图 6B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技术 和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合到一个或 多个基底锚 ；
图 6C 示出了根据本发明某些方面的图 6B 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大 顶视图， 包括锚耦合部分的一个实施例和基底锚的一个实施例 ；
图 6D 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐 振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器耦 合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合到 一个或多个基底锚 ；
图 6E 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器
耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合 到一个或多个基底锚 ；
图 6F 是根据本发明某些方面的图 6D 的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的透视图 ；
图 7A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械 耦合到一个或多个基底锚 ；
图 7B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4D 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械 耦合到一个或多个基底锚 ；
图 7C 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械 耦合到一个或多个基底锚 ； 图 8A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械 耦合到一个或多个基底锚 ；
图 8B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于一种锚定技 术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦 合到一个或多个基底锚 ；
图 9A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合到一个或多个 基底锚 ；
图 9B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合到一个或多个 基底锚 ；
图 10A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械 耦合到一个或多个基底锚 ；
图 10B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械 耦合到一个或多个基底锚 ；
图 11A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐 振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振器耦 合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合到一个或 多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构 ；
图 11B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技术 和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合到一个或 多个基底锚， 其中锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构 ；
图 11C 示出了根据本发明某些方面的图 11B 的谐振器阵列一个实施例一部分的放 大顶视图， 包括锚耦合部分的一个实施例和基底锚的一个实施例， 该锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构 ；
图 11D 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合 到一个或多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构并且可以与图 11C 所 示的谐振器阵列的锚耦合部分相同或相似 ；
图 11E 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该 谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器 耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定 技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦合 到一个或多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构并且可以与图 11C 所 示的谐振器阵列的锚耦合部分相同或相似 ；
图 11F 是根据本发明某些方面的图 11D 的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的透视图 ；
图 12A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构并且可以与图 11C 中所示的谐振器阵列的锚耦合部分相同或相似 ；
图 12B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐 振器阵列具有分别可以与图 4D 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器耦 合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机械耦 合到一个或多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构并且可以与图 11C 中所示的谐振器阵列的锚耦合部分相同或相似 ；
图 12C 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚 定技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构并且可以与图 11C 所示的谐振器阵列的锚耦合部分相同或相似 ；
图 13A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚 定技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构并且可以与图 11C 所示的谐振器阵列的锚耦合部分相同或相似 ；
图 13B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚 定技术和 / 或配置中的多个锚耦合部分和多个基底锚以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中每个锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构并且可以与图 11C 所示的谐振器阵列的锚耦合部分相同或相似 ；
图 14A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚 ；
图 14B 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚 ；
图 14C 是根据本发明的 MEMS 谐振器阵列某些方面的谐振器阵列另一个实施例一 部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括 用于另一种锚定技术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器 中的一个或多个机械耦合到一个或多个基底锚， 其中锚耦合部分包括一个或多个圆角或弯 曲部分 ；
图 14D 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中锚耦合部分包括一个或多个圆角或弯曲部分和应力 / 应 变释放机构 ；
图 15A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚 ； 图 15B 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构 ；
图 15C 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中锚耦合部分包括一个或者多个圆角或弯曲部分 ；
图 15D 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中锚耦合部分包括一个或者多个圆角或弯曲部分和应力 / 应变释放机构 ；
图 16A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚 ；
图 16B 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技
术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构 ；
图 17A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚 ；
图 17B 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列具有分别可以与图 4A-4B 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振 器耦合部分相同或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括用于另一种锚定技 术和 / 或配置中的锚耦合部分和基底锚的另一实施例以将多个谐振器中的一个或多个机 械耦合到一个或多个基底锚， 其中锚耦合部分包括应力 / 应变释放机构 ；
图 18A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 4A-4B 所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分相同 或相似的多个体模式谐振器和谐振器耦合部分， 还包括多个电极， 所述多个电极包括第一 多个电极和第二多个电极 ； 图 18B 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 4D 所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分相同 或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括多个电极， 所述多个电极包括 第一多个电极、 第二多个电极和第三多个电极 ；
图 18C 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分相 同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分， 还包括多个电极， 所述多个电极包 括第一多个电极、 第二多个电极、 第三多个电极和第四多个电极 ；
图 18D 是根据本发明某些方面图 18C 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶视 图， 所述谐振器阵列包括第一体模式谐振器和第一多个电极 ；
图 18E 是根据本发明某些方面图 18C 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶视 图， 所述谐振器阵列包括第二体模式谐振器和第二多个电极 ；
图 18F 是根据本发明某些方面图 18C 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶视 图， 所述谐振器阵列包括第三体模式谐振器和第三多个电极 ；
图 18G 是根据本发明某些方面图 18C 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶视 图， 所述谐振器阵列包括第四体模式谐振器和第四多个电极 ；
图 19A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 18C 所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和多 个电极相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和多个电极， 还包括驱动电 路和感测电路 ；
图 19B 是根据本发明某些方面图 19A 的谐振器阵列的多个体模式谐振器的顶视 图， 在第一振动状态下示出了所述多个体模式谐振器， 其中， 相对于静止状态， 第一和第三 体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个收缩并且沿第三和第四方向中的至少一个
膨胀， 第二和第四体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个膨胀并且沿第三和第四方 向中的至少一个收缩 ；
图 19C 是根据本发明某些方面图 19A 的谐振器阵列一部分的放大顶视图， 所述谐 振器阵列包括第一体模式谐振器和第一多个电极， 第一体模式谐振器处于第一振动状态， 其中， 相对于静止状态， 第一体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个收缩并且沿第 三和第四方向中的至少一个膨胀 ；
图 19D 是根据本发明某些方面图 19A 的谐振器阵列一部分的放大顶视图， 所述谐 振器阵列包括第二体模式谐振器和第二多个电极， 第二体模式谐振器处于第一振动状态， 其中， 相对于静止状态， 第二体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个膨胀并且沿第 三和第四方向中的至少一个收缩 ；
图 19E 是根据本发明某些方面图 19A 的谐振器阵列的多个体模式谐振器的顶视 图， 在第二振动状态下示出了所述多个体模式谐振器， 其中， 相对于静止状态， 第一和第三 体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个膨胀并且沿第三和第四方向中的至少一个 收缩， 第二和第四体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个收缩并且沿第三和第四方 向中的至少一个膨胀 ；
图 19F 是根据本发明某些方面图 19A 的谐振器阵列一部分的放大顶视图， 所述谐 振器阵列包括第一体模式谐振器和第一多个电极， 第一体模式谐振器处于第二振动状态， 其中， 相对于静止状态， 第一体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个膨胀并且沿第 三和第四方向中的至少一个收缩 ；
图 19G 是根据本发明某些方面图 19A 的谐振器阵列一部分的放大顶视图， 所述谐 振器阵列包括第二体模式谐振器和第二多个电极， 第二体模式谐振器处于第二振动状态， 其中， 相对于静止状态， 第二体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个收缩并且沿第 三和第四方向中的至少一个膨胀 ；
图 19H 是根据本发明某些方面图 19A 的感测电路和驱动电路一个实施例的示意方 框图 ；
图 19I 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该谐振器阵 列包括分别可以与图 18C 所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和 多个电极相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和多个电极， 还包括驱动 电路和感测电路 ；
图 20A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该谐振器阵 列包括分别可以与图 18C 所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和 多个电极相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和多个电极， 还包括驱动 电路和感测电路 ；
图 20B 是根据本发明某些方面图 20A 的感测电路和驱动电路一个实施例的示意方 框图 ；
图 21A 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 18C 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和 多个电极相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分和多个电极， 还包括分别 可以与图 11D 所示的谐振器阵列的多个锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个锚耦合部分和基底锚 ；
图 21B 示出了根据本发明某些方面图 21A 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大 顶视图， 该谐振器阵列包括第一和第四体模式谐振器、 谐振器耦合部分之一、 锚耦合部分之 一、 锚、 第一多个电极中的两个以及第四多个电极中的两个， 谐振器阵列的部分被示为处于 静止状态 ；
图 21C 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 19A-19G 所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部 分、 多个电极、 驱动电路和感测电路相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部 分、 多个电极、 驱动电路和感测电路， 还包括分别可以与图 11D 所示的谐振器阵列的多个锚 耦合部分和基底锚相同或相似的多个锚耦合部分和基底锚 ；
图 21D 示出了根据本发明某些方面图 21C 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大 顶视图， 该谐振器阵列包括可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐 振器耦合部分、 锚耦合部分和锚相同或相似的第一和第四体模式谐振器、 谐振器耦合部分 之一、 锚耦合部分之一和锚， 谐振器阵列的部分被示为处于与图 19B-19D 所示的第一振动 状态对应的状态， 其中相对于静止状态， 第一体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一 个收缩并且沿第三和第四方向中的至少一个膨胀， 第四体模式谐振器沿第一和第二方向中 的至少一个膨胀并且沿第三和第四方向中的至少一个收缩 ；
图 21E 示出了根据本发明某些方面图 21C 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大 顶视图， 该谐振器阵列包括可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐 振器耦合部分、 锚耦合部分和锚相同或相似的第一和第四体模式谐振器、 谐振器耦合部分 之一、 锚耦合部分之一和锚， 谐振器阵列的部分被示为处于与图 19E-19G 所示的第二振动 状态对应的状态， 其中相对于静止状态， 第一体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一 个膨胀并且沿第三和第四方向中的至少一个收缩， 第四体模式谐振器沿第一和第二方向中 的至少一个收缩并且沿第三和第四方向中的至少一个膨胀 ；
图 21F 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 19I 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分、 多个电极、 驱动电路和感测电路相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分、 多 个电极、 驱动电路和感测电路， 还包括分别可以与图 11D 所示的谐振器阵列的多个锚耦合 部分和基底锚相同或相似的多个锚耦合部分和基底锚 ；
图 21G 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 20A 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分、 多个电极、 驱动电路和感测电路相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分、 多 个电极、 驱动电路和感测电路， 还包括分别可以与图 11D 所示的谐振器阵列的多个锚耦合 部分和基底锚相同或相似的多个锚耦合部分和基底锚 ；
图 21H 是根据本发明某些方面的谐振器阵列另一个实施例的顶视图， 该谐振器阵 列包括分别可以与图 4E 中所示的谐振器阵列的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分 相同或相似的多个体模式谐振器和多个谐振器耦合部分、 包括第一多个电极、 第二多个电 极、 第三多个电极和第四多个电极的多个电极， 还包括多个锚耦合部分和基底锚 ；
图 21I 示出了根据本发明某些方面图 21H 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶视图， 该谐振器阵列包括第一和第四体模式谐振器、 谐振器耦合部分之一、 锚耦合部分之 一、 基底锚、 第一多个电极中的两个以及第四多个电极中的两个， 谐振器阵列的部分被示为 处于静止状态 ；
图 21J 是根据本发明某些方面的谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐振器阵列 包括分别可以与图 21H 中所示的谐振器阵列的体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分、 多个 电极、 多个锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分、 多 个电极、 多个锚耦合部分和基底锚， 还包括驱动电路和感测电路 ；
图 21K 示出了根据本发明某些方面图 21J 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大 顶视图， 所述谐振器阵列包括第一和第四体模式谐振器、 谐振器耦合部分之一、 锚耦合部分 之一和锚， 谐振器阵列的部分被示为处于与图 19B-19D 所示的第一振动状态对应的状态， 其中相对于静止状态， 第一体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个收缩并且沿第三 和第四方向中的至少一个膨胀， 第四体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个膨胀并 且沿第三和第四方向中的至少一个收缩 ；
图 21L 示出了根据本发明某些方面图 21J 的谐振器阵列一个实施例一部分的放大 顶视图， 该谐振器阵列包括第一和第四体模式谐振器、 谐振器耦合部分之一、 锚耦合部分之 一和锚， 谐振器阵列的部分被示为处于与图 19E-19G 所示的第二振动状态对应的状态， 其 中相对于静止状态， 第一体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个膨胀并且沿第三和 第四方向中的至少一个收缩， 第四体模式谐振器沿第一和第二方向中的至少一个收缩并且 沿第三和第四方向中的至少一个膨胀 ；
图 22A 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例一部分的放大顶视 图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐 振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚 耦合部分和基底锚， 其中谐振器还包括至少一个开口、 空隙或狭缝， 用于改善可制造性 ( 例 如， 在开口、 空隙或狭缝延伸谐振器的整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快释放机械结构 ) 和 / 或改善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 22B 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶 视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚， 其中谐振器还包括开口、 空隙或狭缝， 用于改善可制造性 ( 例如， 在 开口、 空隙或狭缝延伸谐振器的整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快释放机械结构 ) 和 / 或 改善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 22C 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶 视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚， 其中谐振器还包括开口、 空隙或狭缝， 用于改善可制造性 ( 例如， 在 开口、 空隙或狭缝延伸谐振器的整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快释放机械结构 ) 和 / 或 改善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 22D 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶 视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚， 其中谐振器还包括开口、 空隙或狭缝， 用于改善可制造性 ( 例如， 在 开口、 空隙或狭缝延伸谐振器的整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快释放机械结构 ) 和 / 或 改善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 23A 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶 视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐 振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚 耦合部分和基底锚， 其中锚耦合部分还包括开口、 空隙或狭缝， 用于改善可制造性和 / 或改 善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 23B 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶 视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚， 其中谐振器和锚耦合部分还包括至少一个开口、 空隙或狭缝， 用于改 善可制造性 ( 例如， 在开口、 空隙或狭缝延伸谐振器的整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快 释放机械结构 ) 和 / 或改善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 23C 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶 视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚， 其中谐振器和锚耦合部分还包括开口、 空隙或狭缝， 用于改善可制造 性 ( 例如， 在开口、 空隙或狭缝延伸谐振器的整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快释放机械 结构 ) 和 / 或改善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 23D 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列另一个实施例一部分的放大顶 视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以与图 11C 所示的谐振器阵列部分的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚相同或相似的多个体模式谐振器、 谐振器耦合部分、 锚耦合部分和基底锚， 其中谐振器和锚耦合部分还包括开口、 空隙或狭缝， 用于改善可制造 性 ( 例如， 在开口、 空隙或狭缝延伸谐振器的整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快释放机械 结构 ) 和 / 或改善温度管理技术 ( 例如， 减少热弹性能量耗散 ) ；
图 24A-24D 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列的各种实施例的顶视 图， 每个阵列具有多个体模式谐振器和一个或多个谐振器耦合部分， 所述多个体模式谐振 器可以与图 3C 的体模式谐振器相同或相似， 所述谐振器耦合部分将多个谐振器的每个机 械耦合到多个体模式谐振器中的一个或多个其他谐振器 ；
图 25A-25C 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列的各种实施例的顶视 图， 每个阵列具有多个体模式谐振器和一个或多个谐振器耦合部分， 所述多个体模式谐振 器可以与图 3D 的体模式谐振器相同或相似， 所述谐振器耦合部分将多个谐振器的每个机 械耦合到多个体模式谐振器中的一个或多个其他谐振器 ；
图 26A-26B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列的各种实施例的顶视 图， 每个阵列具有多个体模式谐振器和一个或多个谐振器耦合部分， 所述多个体模式谐振 器可以与图 3E 的体模式谐振器相同或相似， 所述谐振器耦合部分将多个谐振器的每个机 械耦合到多个体模式谐振器中的一个或多个其他谐振器 ；图 27A 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有多个谐振器， 每个谐振器都机械耦合到多个谐振器中一个或多个相邻 谐振器， 其中所述多个谐振器包括具有第一形状的第一谐振器和具有不同于第一形状的第 二形状并机械耦合到第一谐振器的第二谐振器 ；
图 27B 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有多个谐振器， 每个谐振器都机械耦合到多个谐振器中一个或多个相邻 谐振器， 其中多个谐振器包括具有第一形状的两个谐振器和具有不同于第一形状的第二形 状并机械耦合到具有第一形状的两个谐振器的两个谐振器 ；
图 28A-28F 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列各实施例部分的放大顶视 图， 每个 MEMS 谐振器阵列具有可以均与图 3A 的体模式谐振器相同或相似的多个体模式谐 振器、 谐振器耦合部分、 锚定耦合部分和基底锚， 示出了结合谐振器机械耦合技术各实施例 的锚定技术和应力 / 应变机构的各实施例 ； 以及
图 29 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一部分的一个实施例的透视图， 该 MEMS 谐振器阵列具有可以均与图 3A 的体模式谐振器相同或相似的多个体模式谐振器、 多个谐振器耦合部分、 多个锚耦合部分和基底锚。 具体实施方式
这里描述和例示了很多发明以及这些发明的很多方面和实施例。
在一个方面中， 本发明涉及一种包括布置成阵列的多个体模式谐振器的微机电系 统。每个体模式谐振器都机械耦合到阵列中一个或多个 ( 即， 一个、 一些或全部 ) 其他体模 式谐振器。在一个实施例中， 阵列中的每个谐振器都通过谐振器耦合部分机械耦合到至少 一个其他体模式谐振器。例如， 谐振器耦合部分可以设置于阵列的两个或更多谐振器之间 以机械耦合两个或更多谐振器。在一个实施例中， 阵列的每个体模式谐振器都机械耦合到 与该体模式谐振器相邻的一个或多个其他体模式谐振器。在一个实施例中， 阵列的每个体 模式谐振器都机械耦合到与该体模式谐振器相邻的所有体模式谐振器。在这种实施例中， 阵列的每个谐振器都可以通过一个或多个谐振器耦合部分机械耦合到每个相邻谐振器。
在一个实施例中， 多个体模式谐振器包括布置成 N×M( 其中 N 和 M 为整数 ) 阵列 的多个体模式谐振器。 在一个实施例中， 多个体模式谐振器包括两个机械耦合的、 布置成线 性阵列的体模式谐振器。 在另一个实施例中， 多个体模式谐振器包括三个机械耦合的、 布置 成 L 形阵列的体模式谐振器。在另一个实施例中， 多个体模式谐振器包括三个机械耦合的、 布置成三角形阵列的体模式谐振器。在另一个实施例中， 多个体模式谐振器包括四个机械 耦合的、 布置成 2×2 阵列的体模式谐振器。在另一个实施例中， 多个体模式谐振器包括四 个机械耦合的、 布置成正方形阵列的体模式谐振器。
在一个实施例中， 阵列中的一个或多个体模式谐振器具有正方形和 / 或矩形形 状。在另一实施例中， 阵列中的一个或多个谐振器具有三角形形状。在另一实施例中， 阵列 中的一个或多个谐振器具有圆角正方形和 / 或圆角矩形形状。在另一实施例中， 阵列中的 一个或多个谐振器具有圆角三角形形状。
在一些实施例中， 在被诱发时和 / 或在工作期间， 阵列的每个谐振器都以体声模 式振动。在一些实施例中， 在被诱发时和 / 或在工作期间， 每个谐振器都以包括膨胀和收缩的体声模式振动。在一些实施例中， 阵列的每个谐振器呈现出相同或基本相同的膨胀和收 缩。此外， 在一些实施例中， 在被诱发时或工作期间， 每个谐振器以相同或基本相同的频率 振荡或振动。
在一些实施例中， 阵列中的一个、 一些或全部谐振器在谐振器振动期间包括一个 或多个节点或区域 ( 即， 在一个或多个自由度上静止、 几乎不运动和 / 或基本静止的谐振器 部分 ( 无论是从转动和 / 或平动的角度来看 ))。在一些实施例中， 一个或多个节点可以适 于和 / 或位于谐振器的一个或多个点或区域处， 以允许通过这种节点将谐振器和 / 或阵列 机械耦合到基底， 从而可以将损失到基底中的能量最小化、 加以限制和 / 或减少， 由此提高 谐振器和 / 或阵列的 Q 因数。值得注意的是， 这种配置可以帮助最小化和 / 或减少阵列的 一个或多个谐振器的谐振块和基底之间的应力和 / 或应变的传送。
在一些实施例中， 一个或多个谐振器可以通过机械耦合于一个或多个节点和基底 之间的一个或多个锚耦合部分而机械耦合到基底。
此外， 在一些实施例中， 每个谐振器在振动期间具有较稳定的或固定的重心。 通过 这种方式， 谐振器可以减少和 / 或避免能量损耗， 阵列可以具有更高的 Q 因数。
值得注意的是， 本发明是在微机电系统的语境中描述的。不过， 本发明不限于此。 相反， 这里描述的发明适用于例如纳米机电系统。 于是， 本发明涉及实施本发明中一个或多 个的微机电和纳米机电 ( 除非专门给出相反指定， 这里统称为 “MEMS” ) 系统， 例如， 陀螺仪、 谐振器和 / 或加速度计。 有很多种公知的微机电谐振器装置。图 1A 示出了一种这样的谐振器装置 20 的顶 视图。这种谐振器装置 20 包括经由耦合 30a-30d 和锚 32a-32d 锚定到基底 24 的体模式谐 振器 22。谐振器 22 具有四个长度分别为 La-Ld 的外表面 40a-40d。谐振器 22 还可以具有 中心 42。在不工作 ( 静止 ) 状态下， 该谐振器 22 具有如图所示大致正方形形状。在这种 状态下， 表面 40a、 40c 平行于沿第一和第二方向 44a、 44b 延伸的第一参考轴 44。表面 40b、 40d 平行于沿第三和第四方向 46a、 46b 延伸的第二参考轴 46。表面 40a-40d 的每个还平行 于或基本平行于第三参考轴 48( 图 1B)， 第三参考轴沿第五和第六方向 48a、 48b 延伸 ( 图 1B)。
四个外表面 40a-40d 限定了四个角 50a-50d。例如， 第四外表面 40d 的第一端和 第一外表面 40a 的第一端限定第一角 50a。第一外表面 40a 的第二端和第二外表面 40b 的 第一端限定第二角 50b。第二外表面 40b 的第二端和第三外表面 40c 的第一端限定第三角 50c。第三外表面 40c 的第二端和第四外表面 40d 的第二端限定第四角 50d。
谐振器 22 还包括多个开口 52。在制造谐振器系统 20 时， 开口 52 便于从谐振器 22 下方蚀刻和 / 或去除牺牲材料， 使得谐振器 22 如下所述自由振动。
谐振器还包括四个电极 80a-80d。第一电极 80a 与外表面 40a 间隔开间隙 82a。 第二电极 80b 与外表面 40b 间隔开间隙 82b。第三电极 80c 与外表面 40c 间隔开间隙 82c。 第四电极 80d 与外表面 40d 间隔开间隙 82d。
电极 80a-80d 和谐振器 22 共同限定四个电容。第一电极 80a 和谐振器 22 限定第 一电容。第二电极 80b 和谐振器 22 限定第二电容。第三电极 80c 和谐振器 22 限定第三电 容。第四电极 80d 和谐振器 22 限定第四电容。
如下面进一步所述， 将电极中的两个， 例如第一和第二电极 80a、 80b 用作驱动电
极。另两个电极， 例如第三和第四电极 80c、 80d 用作感测电极。在不工作的静止状态下， 谐 振器 22 以四个电极 80a-80d 之间为中心。
在工作中， 驱动电极， 例如第一和第二电极 80a、 80b， 分别经由信号线 42a、 42b 接 收包括第一和第二信号 D+、 D- 的差分激励信号。激励信号诱发时变的静电力， 该静电力使 得谐振器 22 振动。
如下文进一步所述， 谐振器 22 在平面内在体声模式 ( 常称为 “体模式” ) 下振动。 振动可以是线性或基本线性的， 例如， 由线性、 静止微分运动方程描述。如果谐振器 22 具有 高 “Q” ( 品质因数 ) 因数， 振动期间谐振器 22 的形状主要取决于谐振器 22 的特性。
除非另行指明， 否则短语 “以体模式振动” 可以表示至少基本通过膨胀和 / 或收缩 而非通过弯曲来振动。例如， 固体可以在至少一个方向 / 尺度 ( 例如， “x” 方向 ) 上收缩， 并沿至少一个方向 / 维度 ( 例如， “y” 和/或 “z” 方向 ) 膨胀。固体可以在至少一个方向 / 尺度 ( 例如， “x” 方向 ) 上膨胀， 并沿至少一个方向 / 维度 ( 例如， “y” 和/或 “z” 方向 ) 收缩。实际上， 固体可以沿所有方向 / 尺度收缩 ( 提供非常高的频率 )。
需要指出， 尽管下面的论述描述了一个方向上的收缩 / 膨胀， 但谐振器可以沿超 过一个方向 / 维度 ( 例如， 在 “x” 和 “y” 方向上同时 ) 膨胀和 / 或收缩。在这一实施例中， 在可能对高频下降低噪声有利的频率模式下驱动谐振器。 可以通过驱动适当电极来 “选择” 这一模式。
在一些实施例中， 至少百分之九十的振动是膨胀和 / 或收缩而非弯曲的结果， 更 优选地， 全部或基本全部振动都是膨胀和 / 或收缩而非弯曲的结果。类似地， 除非另有说 明， 短语 “体模式谐振器” 表示以体模式振动的谐振器。
参考图 1C， 在振动的第一阶段中， 谐振器 22(i) 沿第一和第二方向 44a、 44b 收缩， 并 (ii) 沿第三和第四方向 46a、 46b 膨胀， 造成谐振器 22 的第一状态。沿第一和第二方向 44a、 44b 的收缩导致第二和第四间隙 82b、 82d 尺寸增大。沿第三和第四方向 46a、 46b 的膨 胀导致第一和第三间隙 82a、 82c 尺寸减小。为了比较， 虚线 40a’ -40d’ 分别示出了在静止 状态下表面 40a-40d 的形状和位置。
参考图 1D， 在振动的第二阶段中， 谐振器 22(i) 沿第一和第二方向 44a、 44b 膨胀， 并 (ii) 沿第三和第四方向 46a、 46b 收缩， 造成谐振器 22 的第二状态。沿第一和第二方向 44a、 44b 的膨胀导致第二和第四间隙 82b、 82d 尺寸减小。沿第三和第四方向 46a、 46b 的收 缩导致第一和第三间隙 82a、 82c 尺寸增大。如上所述， 虚线 40a’ -40d’ 分别示出了在静止 状态下表面 40a-40d 的形状和位置。
振动在感测电极， 例如第三和第四电极 80c、 80d 以及耦合到其上的信号线 42c、 42d 处造成了表示振动的差分信号， 该差分信号包括第一和第二信号 S+、 S-。差分信号 S+、 S- 例如形式可以为差分电压和 / 或差分电流。
例如， 在第一振动阶段中， 第四间隙 82d 尺寸增大导致第四电容 ( 即， 由第四电极 80d 和谐振器 22 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流进出第四电极 80d 以及第四电极 80d 的电 压与之相应变化。第三间隙 82c 尺寸减小导致第三电容 ( 即， 由第三电极 80c 和谐振器 22 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第三电极 80dc 以及第三电极 80c 的电压与之相应变 化。在第二振动阶段中， 第四间隙 82d 尺寸减小导致第四电容 ( 即， 由第四电极 80d 和谐振 器 22 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第四电极 80d 以及第四电极 80d 的电压与之相应变化。第三间隙 82c 尺寸增大导致第三电容 ( 即， 由第三电极 80c 和谐振器 22 限定 ) 的 大小减小， 这又导致电流进出第三电极 80dc 以及第三电极 80c 的电压与之相应变化。差分 信号 S+、 S- 的大小至少部分取决于每个振动阶段中第三电容的变化大小和第四电容的变 化大小， 即， 谐振器 22 和感测电极， 例如第三和第四电极 80c、 80d 之间电容性换能的大小。
如上所述， 本发明的一个方面涉及一种包括布置成阵列的多个体模式谐振器的微 机电系统。每个体模式谐振器都机械耦合到阵列中一个或多个其他体模式谐振器。
参考图 2A， 在一个实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括多个体模式谐振器， 例如体 模式谐振器 122a-d， 以及一个或多个谐振器耦合部分 126。多个体模式谐振器 122a-122d 被布置成 N×M( 其中 N 和 M 为整数 ) 阵列。经由一个或多个谐振器耦合部分 126 将每个体 模式谐振器 122a-122d 机械耦合到 MEMS 谐振器阵列 120 的每一相邻体模式谐振器。通过 这种方式， MEMS 谐振器阵列 120 的每个体模式谐振器耦合到 MEMS 谐振器阵列 120 的每一相 邻体模式谐振器。在图示的实施例中， 例如， 谐振器 122a 和谐振器 122b 通过设置于谐振器 122a 和谐振器 122b 之间的耦合部分 126 机械耦合。谐振器 122b 和谐振器 122c 通过设置 于谐振器 122b 和谐振器 122c 之间的耦合部分 126 机械耦合。谐振器 122c 和谐振器 122d 通过设置于谐振器 122c 和谐振器 122d 之间的耦合部分 126 机械耦合。谐振器 122d 和谐 振器 122a 通过设置于谐振器 122d 和谐振器 122a 之间的耦合部分 126 机械耦合。
参 考 图 2B， 在 另 一 实 施 例 中， MEMS 谐 振 器 阵 列 120 包 括 多 个 体 模 式 谐 振 器 122a-122l 和多个谐振器耦合部分 126。 多个体模式谐振器 122a-122l 被布置成 N×M( 其中 N 和 M 为整数 ) 阵列。 经由一个或多个谐振器耦合部分 126 将每个体模式谐振器 122a-122l 机械耦合到 MEMS 谐振器阵列 120 的至少一个相邻体模式谐振器。 在图示的实施例中， 例如， 谐振器 122e 机械耦合到相邻谐振器 122b、 122d、 122f 和 122h。相比之下， 谐振器 122h 机械 耦合到相邻的谐振器 122e 和 122k。谐振器 122h 未耦合到相邻谐振器 122g 和 122i。
参考图 2C， 在一个实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括布置成线性阵列的多个体 模式谐振器 122a-122b。 谐振器 122a 和谐振器 122b 通过设置于谐振器 122a 和谐振器 122b 之间的耦合部分 126 机械耦合。
参考图 2D-2F， 在其他实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括分别布置成 L 形阵 列 ( 参 见 图 2D)、 线 性 阵 列 ( 参 见 图 2E) 和 三 角 形 阵 列 ( 图 2F) 的 多 个 体 模 式 谐 振 器 122a-122c。 在这些实施例中， 谐振器 122a 和谐振器 122b 通过设置于谐振器 122a 和谐振器 122b 之间的耦合部分 126 机械耦合。谐振器 122b 和谐振器 122c 通过设置于谐振器 122b 和谐振器 122c 之间的耦合部分 126 机械耦合。此外， 在图 2F 的实施例中， 谐振器 122c 和 谐振器 122a 通过设置于谐振器 122c 和谐振器 122a 之间的耦合部分 126 机械耦合。
参考图 2G， 在另一个实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括布置成 2×2 阵列的多个 体模式谐振器 122a-122d。在图示的实施例中， 2×2 阵列具有矩形形状。谐振器 122a 和谐 振器 122b 通过设置于谐振器 122a 和谐振器 122b 之间的耦合部分 126 机械耦合。谐振器 122b 和谐振器 122c 通过设置于谐振器 122b 和谐振器 122c 之间的耦合部分 126 机械耦合。 谐振器 122c 和谐振器 122d 通过设置于谐振器 122c 和谐振器 122d 之间的耦合部分 126 机 械耦合。谐振器 122d 和谐振器 122a 通过设置于谐振器 122d 和谐振器 122a 之间的耦合部 分 126 机械耦合。
在一些实施例中， 谐振器阵列的体模式谐振器中的两个通过两个或更多谐振器耦合部分机械耦合。
例如， 参考图 2H， 在另一个实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括多个体模式谐振 器， 例如第一和第二体模式谐振器 122a-122b。第一体模式谐振器 122a 通过设置于第一和 第二体模式谐振器 122a-122b 之间的第一谐振器耦合部分 126 机械耦合到第二体模式谐振 器 122b。第一体模式谐振器 122a 还通过设置于第一和第二体模式谐振器 122a-122b 之间 的第二谐振器耦合部分 126 机械耦合到第二体模式谐振器 122b。
图 3A-3B 分别是根据本发明某些方面的体模式谐振器 122 一个实施例的顶视图和 示意透视图， 可以将其用于图 2A-2G 的 MEMS 谐振器阵列中。在这一实施例中， 谐振器 122 具有第一和第二主外表面 134、 136( 例如分别设置于谐振器 122 的顶部和底部 ) 以及设置 于谐振器 122 侧面的四个外表面 140a-140d。第一和第二外表面 140a、 140b 分别设置于谐 振器 122 的第一和第二侧面上。第三外表面 140c 设置于谐振器 122 中与谐振器 122 的第 一侧面相对的第三侧面上。第四外表面 140d 设置于谐振器 122 中与谐振器 122 的第二侧 面相对的第四侧面上。谐振器 122 还可以具有中心 142。
在不工作 ( 静止 ) 状态下， 谐振器 122 具有正方形形状或大致正方形形状， 外表 面 140a-140d 平直或至少基本平直， 长度分别为 La-Ld， 彼此相等或至少基本相等。在这种 状态下， 第一和第三外表面 140a、 140c 取向为平行于或至少基本平行于沿第一和第二方向 144a、 144b 延伸的第一参考轴 144。第二和第四外表面 140b、 140d 取向为平行于或至少基 本平行于沿第三和第四方向 146a、 146b 延伸的第二参考轴 146， 第三和第四方向垂直于第 一和第二方向。第一和第三外表面 140a、 140c 分别面对第三和第四方向 146a、 146b。第二 和第四外表面 140b、 140d 分别面向第一和第二方向 144a、 144b。表面 140a-140d 也取向成 平行于或基本平行于沿第五和第六方向 148a、 148b( 图 3B) 延伸的第三参考轴 148( 图 3B)， 第五和第六方向垂直于第一和第二方向。第一和第二主外表面 134、 136 分别面向第五和第 六方向 148a、 148b， 并取向为平行于或基本平行于第一参考轴 144 和第二参考轴 146。
需要指出， 尽管描述和图示了第一、 第二和第三参考轴， 但谐振器 122 和 / 或谐振 器阵列 120 可以有或没有任何轴。于是， 在一些实施例中， 谐振器 122 和 / 或谐振器阵列 120 可以具有少于三个轴和 / 或根本没有轴。
四个外表面 140a-140d 限定了四个角 150a-150d。例如， 第四外表面 140d 的第一 端和第一外表面 140a 的第一端限定第一角 150a。第一外表面 140a 的第二端和第二外表 面 140b 的第一端限定第二角 150b。第二外表面 140b 的第二端和第三外表面 140c 的第一 端限定第三角 150c。第三外表面 140c 的第二端和第四外表面 140d 的第二端限定第四角 150d。
谐振器 122 还包括多个开口 152。在制造谐振器系统 120 时， 开口 152 便于从谐振 器 122 下方蚀刻和 / 或去除牺牲材料， 从而释放谐振器 122 并使得谐振器 122 如下所述自 由振动。
图 3C、 3F 分别是根据本发明某些方面的体模式谐振器 122 另一个实施例的顶视图 和侧视图， 可以将其用于图 2A-2G 的 MEMS 谐振器阵列中。 在这一实施例中， 谐振器 122 具有 第一和第二主外表面 134、 136( 例如分别设置于谐振器 122 的顶部和底部 ) 以及设置于谐 振器 122 侧面的三个外表面 140a-140c。谐振器 122 还可以具有中心 142。在不工作 ( 静 止 ) 状态下， 该谐振器 122 具有三角形形状或基本三角形形状， 外表面 140a-140c 平直或至少基本平直， 长度分别为 La-Lc， 彼此相等或至少基本相等。
图 3D 示出了可用于图 2A-2G 所示 MEMS 谐振器阵列 120 中的谐振器 122 的另一实 施例。在不工作 ( 安静 ) 状态下， 谐振器 122 具有由经弯曲外表面连接的四个平直或基本 平直的外表面 140a-140d 形成的圆角正方形或基本圆角正方形的形状。
图 3E 示出了可用于图 2A-2G 所示 MEMS 谐振器阵列 120 中的谐振器 122 的另一实 施例。在不工作状态下， 谐振器 122 具有由经三个弯曲外表面连接的三个平直或基本平直 的外表面 140a-140c 形成的圆角三角形或基本圆角三角形的形状。
在本发明的一些方面中， 在 MEMS 谐振器阵列 120 中采用了以 Lutz 等人的名义与 本发明在同一日期提交的题为 “MEMS Resonator Structure and Method” 的非临时专利申 请 ( 在下文中称为 “MEMS 谐振器结构和方法的专利申请” ) 中描述和图示的一种或多种结 构和 / 或技术。例如， 在一些实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 中采用的一个或多个谐振器 122 包括与 MEMS 谐振器结构和方法的专利申请中描述和 / 或图示的一个或多个谐振器 50 中采用的谐振器块 52 相同和 / 或相似的 MEMS 谐振器。
为了简洁起见， 将不再重复 MEMS 谐振器结构和方法的专利申请中描述和 / 或图示 的结构和方法。不过， 要明确指出， 通过引用将 MEMS 谐振器结构和方法的专利申请的全部 内容并入本文， 包括例如所有发明 / 实施例的特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点， 但除非另有说明， 本发明的各方面和 / 或实施例不限于这些特征、 属性、 备选方案、 材料、 技 术和 / 或优点。
需要指出， 在本发明的一个方面中， 体模式谐振器的阵列采用两个或更多体模式 谐振器， 每个体模式谐振器均可以具有现在已知或将来开发的任何形状。 此外， 两个或更多 谐振器中的每一个可以具有与两个或更多体模式谐振器的其他谐振器中的一个或多个相 同和 / 或不同的形状。
体模式谐振器 122 的特征 ( 例如尺寸、 形状、 密度 ) 可以决定体模式谐振器 122 的 一个或多个谐振频率。
表 1 针对体模式谐振器 122 的一个实施例提供了谐振频率和示范性尺度， 该体模 式谐振器 122 具有正方形形状， 处于不工作状态， 且是由多晶硅材料制造的。整个谐振器 122 以同一频率振荡或振动。
表1
表 2 针对体模式谐振器 122 的一个实施例提供了谐振频率和示范性尺度， 该体模 式谐振器 122 具有正方形形状， 处于不工作状态， 且是由单晶硅材料制造的。整个谐振器 122 以同一频率振荡或振动。
表2
需要指出， 表 1 和 2 中给出的谐振器尺度仅仅是示范性实施例并且基于没有释放 蚀刻孔的简化线性模型。频率可能强烈依赖于释放蚀刻孔的量和尺寸。由于材料常数、 高 度、 冲孔导致的公差可能超过 +/-40％的频率变化。
可以使用多种技术来确定根据本发明一个或多个方面的谐振器的尺度、 特征 和 / 或参数， 所述技术包括建模和模拟技术 ( 例如， 经由计算机驱动的分析引擎， 例如 FEMLab(Consol 出品 )、 ANSYS(ANSYS INC.)IDEAS 和 / 或 ABAKUS 实施的有限元建模和 / 或 模拟过程 ) 和 / 或经验数据 / 测量。例如， 可以采用使用或基于一组边界条件 ( 例如， 谐振 器结构 120 的尺寸 ) 的有限元分析引擎来设计、 确定和评估谐振器 120 和 / 或其他元件的 尺度、 特征和 / 或参数或下文所述谐振器结构 120 的性质。需要指出， 也可以采用经验方法 ( 除了有限元分析 ( 等 ) 方法之外或作为替代 ) 来设计、 确定和评估谐振器 122 和 / 或其他 元件的尺度、 特征和 / 或参数或谐振器结构 120 的性质。
图 4A-4E 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列 120 的各种实施例的顶 视图， 每个阵列具有多个体模式谐振器 122 和谐振器耦合部分 126 的一个实施例， 体模式谐 振器具有正方形形状并且处于静止状态， 例如如图 3A-3B 所示， 谐振器耦合部分可用于将 多个体模式谐振器 122 中的每一个机械耦合到多个体模式谐振器 122 中的一个或多个其他 谐振器。
参考图 4A-4B， 在一个实施例中， 谐振器阵列 120 包括第一和第二体模式谐振 器 122a、 122b， 第一和第二体模式谐振器 122a、 122b 由设置于第一和第二体模式谐振器 122a-122b 之间的谐振器耦合部分 126 机械耦合。在图示的实施例中， 例如， 谐振器耦合部 分 126 的第一端机械耦合到第一谐振器 122a， 第二端机械耦合到第二谐振器 122b。谐振器 耦合部分 126 可以具有平直或基本平直的侧面以及均匀或基本均匀的宽度， 如图所示， 或 者具有任何其他构造。
参考图 4C-4D， 在其他实施例中， 谐振器阵列 120 包括经由两个谐振器耦合部分 126 机械耦合的三个体模式谐振器 122a-122c。例如， 第一和第二谐振器 122a-122b 通过设 置于第一和第二谐振器 122a-122b 之间的第一谐振器耦合部分 126 机械耦合。第二和第三 谐振器 122b-122c 通过设置于第二和第三谐振器 122b-122c 之间的第二谐振器耦合部分 126 机械耦合。
每个谐振器耦合部分 126 都与图 4A-4B 所示的谐振器耦合部分 126 具有相同或基 本相同的构造 ( 例如尺寸、 形状 )。例如， 机械耦合谐振器 122a 和 122b 的谐振器耦合部分 126 在形状和尺度上与机械耦合谐振器 122b 和 122c 的谐振器耦合部分 126 基本相同。不 过， 在一些其他实施例中， 一个或多个谐振器耦合部分 126 可以具有与一个或多个其他谐 振器耦合部分 126 不同的构造。
参考图 4E， 在另一实施例中， 谐振器阵列 120 包括经由四个谐振器耦合部分 126 机械耦合的四个谐振器 122a-122c。例如， 第一和第二谐振器 122a-122b 通过设置于第一 和第二谐振器 122a-122b 之间的第一谐振器耦合部分 126 机械耦合。第二和第三谐振器 122b-122c 通过设置于第二和第三谐振器 122b-122c 之间的第二谐振器耦合部分 126 机械 耦合。第三和第四谐振器 122c-122d 通过设置于第三和第四谐振器 122c-122d 之间的第三 谐振器耦合部分 126 机械耦合。第一和第四谐振器 122a-122d 通过设置于第一和第四谐振 器 122a-122d 之间的第四谐振器耦合部分 126 机械耦合。
每个谐振器耦合部分 126 都与图 4A-4B 所示的谐振器耦合部分 126 具有相同或基 本相同的构造 ( 例如尺寸、 形状 )。例如， 机械耦合谐振器 122a 和 122b 的谐振器耦合部分 126 在形状和尺度上与机械耦合谐振器 122b 和 122c 的谐振器耦合部分 126 基本相同， 在形 状和尺度上与机械耦合谐振器 122c 和 122d 的谐振器耦合部分 126 基本相同， 并且在形状 和尺度上与机械耦合谐振器 122d 和 122a 的谐振器耦合部分 126 基本相同。不过， 在一些 其他实施例中， 一个或多个谐振器耦合部分 126 可以具有与一个或多个其他谐振器耦合部 分 126 不同的构造。
在一些实施例中， 一个或多个谐振器耦合部分 126 的宽度和 / 或长度与一个或多 个其他谐振器耦合部分 126 的宽度和 / 或长度不同。
图 4F 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐 振器阵列具有多个体模式谐振器以及两个不同种类的谐振器耦合部分 126， 体模式谐振器 在静止状态下均具有正方形形状， 例如图 3A-3B 所示。在这一实施例中， 谐振器耦合部分 126 之一的宽度与另一谐振器耦合部分 126 的宽度不同。
图 4G 示出了根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的顶视图， 该谐 振器阵列具有多个体模式谐振器以及两个不同类型的谐振器耦合部分 126， 体模式谐振器 在静止状态下均具有正方形形状， 例如如图 3A-3B 所示。在这一实施例中， 谐振器耦合部分 126 之一的长度与另一谐振器耦合部分 126 的长度不同。
参考图 4H， 在另一实施例中， 一个或多个谐振器耦合部分 126 包括一种设计 ( 例如 形状和宽度 ) 来管理、 控制、 减轻和 / 或最小化谐振器耦合部分 126 和耦合到其上的谐振器 122 之间的连接中或连接处的应力集中。 在这一实施例中， 谐振器耦合部分 126 的至少一个 末端具有圆角， 以增强对谐振器耦合部分 126 和相关联谐振器 122 之间应力的管理。结果， 谐振器耦合部分 126 在谐振器耦合部分 126 第一端的宽度和 / 或谐振器耦合部分 126 在谐 振器耦合部分第二端的宽度均大于谐振器耦合部分 126 在谐振器耦合部分中间和 / 或谐振 器耦合部分 126 第一和第二端之间的中点处的宽度。
不过， 这种设计相对于非圆角设计可能往往会增大谐振器 122 一些区域中的负 载。在这一方面， 通过调节谐振器耦合部分 126 的形状和宽度 ( 例如， 通过在细长梁 106 附 近使谐振器耦合部分 126 形成圆角 )， 可以管理、 控制、 减小和 / 或最小化谐振器耦合部分 126 和相关联谐振器 122 上的应力。通过这种方式， 可以提高、 增强和 / 或优化 MEMS 谐振器 阵列 120 的耐用性和 / 或稳定性， 同时运行模式或振型保持较不受干扰 ( 或任何干扰都是 可接受的 )， 由此节点的质量 ( 下文更详细论述 )( 如果有的话 ) 保持较不受干扰 ( 或任何 干扰都是可接受的 )。除此之外， 减小、 最小化和 / 或限制细长梁 106 上的负载可能促成对 MEMS 谐振器阵列 120 的 “Q” 因数带来不利影响。可以采用谐振器耦合部分 126 的其他设计和 / 或配置以例如影响 MEMS 谐振器阵 列 120 的耐用性和 / 或稳定性， 以及最小化、 减小或限制对 MEMS 谐振器阵列 120 的 “Q” 因 数的不利影响。实际上， 无论是目前已知或将来开发的谐振器耦合部分 126 的所有设计都 将落在本发明的范围之内。 例如， 参考图 4I 和 4J， 在一些实施例中， 一个或多个谐振器耦合 部分 126 包括一个或多个空隙 160。一个或多个空隙 160 均可以是任何形状和 / 或尺寸， 可 以部分或全部在谐振器耦合部分 126 的高度 / 厚度上延伸。
在一个实施例中， 一个或多个谐振器耦合部分 126 在谐振器耦合部分 126 的一个 或多个末端包括一个或多个空隙 160 和一个或多个圆角 ( 参见图 4J)。在一个或多个谐振 器耦合部分 126 中实现一个或多个空隙减少了谐振器耦合部分 126 的质量， 这进一步最小 化、 减小或限制了谐振器 122 上的负载， 由此进一步最小化、 减小或限制了对 MEMS 谐振器阵 列 120“Q” 因数的任何不利影响。需要指出， 在某些实施例中， 谐振器耦合部分 126 具有小 尺度 ( 例如， 谐振器耦合部分 126 的形状、 长度、 宽度和 / 或厚度 )， 以提供小质量， 而优选给 谐振器 122 增加很少或不增加刚度 (stiffness)。
如上所述， 在一些实施例中， 谐振器阵列 120 中的一个或多个 ( 即， 一个、 一些或 全部 ) 谐振器 122 在谐振器振动期间包括一个或多个节点或区域 ( 即， 在一个或多个自由 度上静止、 几乎不运动和 / 或基本静止的谐振器部分 ( 无论是从转动和 / 或平动的角度来 看 ))。在一些实施例中， 阵列的每个谐振器在谐振器振动期间都包括一个或多个节点或区 域 ( 即， 在一个或多个自由度上静止、 几乎不运动和 / 或基本静止的谐振器部分 ( 无论从转 动和 / 或平动的角度来看 ))。
通过或在一个或多个这种节点机械耦合单独谐振器 122 可能是有利的。例如， 通 过一个或多个节点， 在一个或多个节点处或附近进行耦合， 可以最小化、 限制和 / 或减少谐 振器 122 的垂直和 / 或水平能量损耗， 这可以获得或帮助提供较高 Q 的 MEMS 谐振器阵列。
在一个实施例中， 一个或多个节点可以位于一个或多个谐振器 122 的一个或多个 外部区域、 部分或区域中或附近。谐振器耦合部分 126 可以设置于一个谐振器 122 的一个 或多个节点和另一谐振器的一个或多个节点之间。参考图 4A-4B， 在一个实施例中， 谐振器 122a 和 122b 均包括位于角 150a-150d 上或附近的节点。谐振器耦合部分 126 可以连接在 谐振器 122a 的角， 例如角 150d 处或附近以及在谐振器 122b 的角， 例如角 150b 处或附近。 不过， 需要指出， 一些实施例可以不通过在或靠近一个或多个节点机械耦合谐振器 122， 如 果存在任何节点的话。
参考图 5A 和 5B， 在一些实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 采用一个或多个谐振器耦 合部分 126 之内的一个或多个负载释放机构 162( 例如， 弹簧或弹簧状部件 ) 来管理、 控制、 减小、 消除和 / 或最小化由一个或多个谐振器耦合部分 126 机械耦合的相关谐振器 122 上 的应力或应变。在图 5A-5B 的实施例中， 机械耦合谐振器 122a 和谐振器 122b 的谐振器耦 合部分 126 包括例如设置于谐振器耦合部分 126 之内的负载释放机构 162。
需要指出， 负载释放机构 162 可以是公知的弹簧或弹簧状部件， 或可以是减小、 消 除和 / 或最小化谐振器 122 上的应力和 / 或应变的任何机构。
在图 5A-5B 的实施例中， 负载释放机构 162 包括弹簧或弹簧状部件， 弹簧状部件 包括彼此间隔开间隙 164 的第一和第二细长部分 163a、 163b。弹簧或弹簧状部件还包括第 一和第二端部 165a、 165b。第一端部 165a 将第一细长部分 163a 的第一端连接到第二细长部分 163b 的第一端。第二端部 165b 将第一细长部分 163a 的第二端连接到第二细长部分 163b 的第二端。第一和第二细长部分 163a、 163b 可以是平直的并且可以具有均匀厚度。不 过， 可以采用其他构造。
在工作时， 负载释放机构 162 与一个、 一些或所有谐振器 122 的运动一起轻微膨胀 和收缩， 以便减小、 消除和 / 或最小化由谐振器耦合部分 126 耦合的相关联谐振器 122 上的 任何应力或应变。此外， MEMS 谐振器阵列 120 的这种耦合技术还可以减小、 消除和 / 或最 小化谐振器 122 上的负载， 由此减小、 减轻、 最小化和 / 或消除由于机械耦合到相邻谐振器 而造成的谐振器 122 的能量损耗。
在一些实施例中， 可以在一个或多个谐振器耦合部分 126 的一个或多个末端处和 / 或之内实现负载释放机构 162。可以结合这里描述和 / 或图示的机械耦合技术和 / 或架 构的任一种采用负载释放机构 162。
在一些实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括一个或多个锚耦合部分以将一个或多 个谐振器 122 机械耦合到一个或多个基底锚。
参考图 6A， 在一个实施例中， 谐振器阵列 120 包括多个谐振器 122a-122b、 谐振器 耦合部分 126 和多个锚耦合部分 166a-166b。 多个谐振器 122a-122b 和谐振器耦合部分 126 可以分别与图 4A 所示的谐振器阵列 120 的多个谐振器 122a-122b 和谐振器耦合部分 126 相同或相似。多个谐振器 122a-122b 通过谐振器耦合部分 126 彼此机械耦合。多个谐振器 122a-122b 分别通过锚耦合部分 166a-166b 机械耦合到锚 168。在图示的实施例中， 例如， 锚耦合部分的第一个， 例如锚耦合部分 166a 设置于第一谐振器 122a 和基底锚 168 之间并 且将第一谐振器 122a 机械耦合到基底锚 168 和基底 124( 经由基底锚 168)， 例如， 以便将第 一谐振器 122a 稳固、 固定和 / 或连接到基底 124。锚耦合部分的第二个， 例如锚耦合部分 166b 设置于第二谐振器 122b 和锚 168 之间并且将第二谐振器 122b 机械耦合到基底锚 168 和基底 124( 经由基底锚 168)， 例如， 以便将第二谐振器 122b 稳固、 固定和 / 或连接到基底 124。
于是， 可以将两个或更多谐振器， 例如谐振器 122a-122b 耦合到公共的锚， 例如锚 168。在这一实施例中， 将谐振器 122a-122b 分别连接到公共锚 168。
在一些实施例中， 在工作时， 谐振器的运动是这样的 ： MEMS 谐振器阵列和 / 或个体 谐振器 122 包括一个或多个节点 ( 即， 在谐振器振动时不运动， 几乎不运动和 / 或基本静止 的谐振器结构的区域或部分 )。 通过或在 MEMS 谐振器阵列的一个或多个个体谐振器 122 的 一个或多个节点 ( 如果有的话 ) 将 MEMS 谐振器阵列和 / 或个体谐振器 122 锚定到基底 124 是有利的。例如， 通过在一个或多个节点处或附近进行锚定， 可以最小化、 限制和 / 或减少 谐振器 122 的垂直和 / 或水平能量损耗， 这可以获得或帮助提供较高 Q 的 MEMS 结构。
在一些实施例中， 一个或多个锚耦合部分 166 可以设置于一个或多个谐振器 122 的一个或多个节点和机械耦合到基底的一个或多个锚之间。在一些实施例中， 一个或多个 节点可以位于一个或多个谐振器 122 的一个或多个外部区域、 部分或区域中或附近， 通过 或在一个或多这种节点将一个或多个这种谐振器 122 锚定到基底 124。
例如， 在一些实施例中， 一个或多个谐振器， 例如谐振器 122a-122b， 均包括位于角 150a-150d 上或附近的节点。谐振器耦合部分 126 可以在谐振器 122a 的角 150d 处或附近 连接到谐振器 122a， 并可以在谐振器 122b 的角 150b 处或附近连接至谐振器 122b。锚耦合部分 166a 可以在谐振器 122a 的角 150c 处或附近连接至谐振器 122a。类似地， 锚耦合部分 166b 可以在谐振器 122b 的角 150c 处或附近连接。
不过， 需要指出， 在一些实施例中， 即使存在任何节点的话， 也不通过在一个或多 个节点处或附近锚定一个或多个 ( 一个、 一些或全部 ) 谐振器。
在一些实施例中， 经由公共的锚耦合部分将两个或更多谐振器机械耦合到公共 锚。例如， 参考图 6B 和 6C， 在一个实施例中， 谐振器阵列 120 包括多个谐振器 122a-122b、 谐振器耦合部分 126 和锚耦合部分 166。谐振器 122a-122b 通过谐振器耦合部分 126 彼此 机械耦合。谐振器 122a-122b 经由锚耦合部分 166 机械耦合到锚 168。在图示的实施例中， 例如， 锚耦合部分 166 设置于谐振器耦合部分 126 和基底锚 168 之间并将谐振器 122a-122b 机械耦合到基底锚 168 和基底 124( 经由基底锚 168)， 例如， 以便将谐振器 122a-122b 稳固、 固定和 / 或连接到基底 124。 在图示的实施例中， 锚耦合部分 166 直接连接到谐振器耦合部 分 126 和基底锚 168。不过， 在一些其他实施例中， 锚耦合部分 166 可以直接连接到谐振器 122a( 和 / 或谐振器 122b) 和基底锚 168， 而不是谐振器耦合部分 126。
一些实施例可以采用多个公共锚耦合部分。例如， 参考图 6D， 在一个实施例中， 谐振器阵列 120 包括多个谐振器 122a-122d 和多个谐振器耦合部分 126、 多个锚耦合部分 166a-166d 和锚 168。多个谐振器 122a-122d 和多个谐振器耦合部分 126 可以分别与图 4E 所示的谐振器阵列 120 的多个体模式谐振器 122a-122d 和多个谐振器耦合部分 126 相同或 相似。 多个谐振器 122a-122d 分别经由多个锚耦合部分 166a-166d 机械耦合到锚 168。 在图 示的实施例中， 例如， 第一锚耦合部分 166a 耦合于第一谐振器耦合部分 126 和锚 168 之间， 以将第一和第四谐振器 122a-122d 机械耦合到基底锚 168 和基底 124( 经由基底锚 168)， 例如， 以便将谐振器 122a-122d 稳固、 固定和 / 或连接到基底 124。第二锚耦合部分 166b 机械耦合于第二谐振器耦合部分 126 和锚 168 之间， 以将第一和第二谐振器 122a-122b 机 械耦合到基底锚 168 和基底 124( 经由基底锚 168)， 例如， 以便将谐振器 122a-122b 稳固、 固定和 / 或连接到基底 124。第三锚耦合部分 166c 机械耦合于第三谐振器耦合部分 126 和锚 168 之间， 以将第二和第三谐振器 122b-122c 机械耦合到基底锚 168 和基底 124( 经 由基底锚 168)， 例如， 以便将谐振器 122b-122c 稳固、 固定和 / 或连接到基底 124。第四锚 耦合部分 166d 机械耦合于第四谐振器耦合部分 126 和锚 168 之间， 以将第三和第四谐振 器 122c-122d 机械耦合到基底锚 168 和基底 124( 经由基底锚 168)， 例如， 以便将谐振器 122c-122d 稳固、 固定和 / 或连接到基底 124。
在图示的实施例中， 每个锚耦合部分 166a-166d 直接连接到谐振器耦合部分 126 和基底锚 168。不过， 在一些其他实施例中， 一个或多个锚耦合部分 166a-166d 可以直接连 接到一个或多个谐振器 122a-122d 和基底锚 168， 而不是谐振器耦合部分 126。
图 6F 是图 6D 的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的透视图。
也可以采用其他锚定技术和 / 或构造。参考图 6E， 在一个实施例中， 谐振器阵 列 120 包括四个谐振器 122a-122d 和多个谐振器耦合部分 126， 但仅包括两个锚耦合部分 168a-168b。
在一些实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括一个或多个均 “专用于” 相应一个谐 振器 122 的个体锚。例如， 参考图 7A， 在一个实施例中， 取代普通种类的锚定结构， 将谐振 器 122a 分立锚定到一个或多个个体锚， 例如锚 168a、 168b。 将谐振器 122b 分立锚定到一个或多个个体锚， 例如锚 168c、 168d。将谐振器 122c 分立锚定到一个或多个个体锚， 例如锚 168e、 168f。将谐振器 122d 分立锚定到一个或多个个体锚， 例如锚 168g、 168h。
参考图 7B， 在另一实施例中， 谐振器 122a 分立锚定到一个个体锚， 例如锚 168。将 谐振器 122c 分立锚定到一个个体锚， 例如锚 168b。在一些其他实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 包括两个或更多个体锚 168， 均 “专用于” 超过一个但少于所有谐振器 122。例如， 参考 图 7C， 在一个实施例中， 谐振器阵列 120 包括分立的锚 168a-168d。谐振器 122d 和 122a 通 过公共锚耦合部分 166a 连接到锚 168a。谐振器 122a 和 122b 通过公共锚耦合部分 166b 连 接到锚 168b。谐振器 122b 和 122c 通过公共锚耦合部分 166c 连接到锚 168c。谐振器 122c 和 122d 通过公共锚耦合部分 166d 连接到锚 168d。
此外， MEMS 谐振器阵列 120 的锚定结构可以包括公共和个体锚技术的组合或置换 ( 例如参见图 8A-8B)。例如， 参考图 8A， 谐振器 122a-122d 被锚定到公共锚 168i 并如下分 立锚定到个体锚。将谐振器 122a 分立锚定到一个或多个个体锚， 例如锚 168a、 168b。将谐 振器 122b 分立锚定到一个或多个个体锚， 例如锚 168c、 168d。 将谐振器 122c 分立锚定到一 个或多个个体锚， 例如锚 168e、 168f。 将谐振器 122d 分立锚定到一个或多个个体锚， 例如锚 168g、 168h。意在将各种锚定技术的所有组合和置换落在本发明范围之内。 需要指出， 在图 6A-6F、 图 7A-7C 和图 8A-8B 所示的每种锚技术中， 一个或多个锚耦 合部分 166 从一个或多个谐振器 122 向外延伸， 以将一个或多个谐振器 122 连接到位于一 个或多个谐振器 122“之外” 的一个或多个基底锚 168。
如上所述， 一个或多个节点可以位于一个或多个谐振器 122 的一个或多个外部区 域、 部分或区域 ( 例如一个或多个角 150a-150d) 中或附近， 通过或在一个或多个这种节点 将一个或多个这种谐振器 122 锚定到基底 124。 例如， 通过在一个或多个节点处或附近进行 锚定， 可以最小化、 限制和 / 或减少谐振器 122 的垂直和 / 或水平能量损耗， 这可以获得或 提供较高 Q 的 MEMS 结构。不过， 在一些实施例中， 不通过在一个或多个节点处或附近锚定 一个或多个谐振器 122， 如果存在任何节点的话。
作为位于谐振器 122 的外部区域部分或区域上或附近的节点的替代和 / 或除此之 外， 谐振器 122 可以包括位于谐振器 122 的内部区域、 部分或区域 ( 例如中心 142 中或附 近 ) 中或附近的一个或多个节点。参考图 9A-9B， 在一些实施例中， 一个或多个谐振器 122 包括谐振器 122 中心 142 处的节点， 一个或多个这种谐振器 122 的中心 142 耦合到一个或 多个锚， 例如锚 168a-168d( 图 9A) 或锚 168a-168b( 图 9B)， 以经由一个或多个锚 168， 例如 锚 168a-168d( 图 9A) 或锚 168a-168b( 图 9B) 将 MEMS 谐振器阵列 120 的一个或多个谐振器 122 稳固、 固定和 / 或连接到基底。 通过在一个或多个节点处或附近进行锚定， 可以最小化、 限制和 / 或减少谐振器 122 的垂直和 / 或水平能量损耗， 这可以获得或提供较高 Q 的 MEMS 结构。在一些实施例中， 根据这种技术， 将 MEMS 谐振器阵列 120 的至少一个谐振器 122 锚 定到锚 168， 例如锚 168a-168d( 图 9A) 或锚 168a-168b( 图 9B) 的 “中心” 。不过， 如上所述， 在一些实施例中， 不通过在一个或多个节点处或附近锚定一个或多个谐振器 122， 如果存在 任何节点的话。
参考图 10A-10B， 在一些实施例中， 除了一个或多个锚之外或作为其替代， 一个或 多个 “中心” 锚可以耦合到谐振器 122 的一个或多个外部区域部分或区域。
需要指出， 也可以通过将一个或多个——但不是所有——谐振器 122 锚定到基底
将 MEMS 谐振器阵列 120 锚定到基底。例如， 参考图 7B， 经由一个或多个锚耦合部分 166， 例 如锚耦合部分 166a、 166b 将一个或多个谐振器， 例如谐振器 122a 和 122c 直接锚定到一个 或多个基底锚， 例如锚 168a、 168b。经由一个或多个谐振器， 例如一个或多个谐振器 122a、 122c 将一个或多个其他谐振器， 例如谐振器 122b 间接连接到一个或多个锚 168， 例如一个 或多个锚 168a、 168b， 经由一个或多个锚耦合部分 166， 例如锚耦合部分 166a、 166b 将其直 接锚定到一个或多个基底锚， 例如锚 168a、 168b。参考图 6E， 经由一个或多个锚耦合部分 166， 例如锚耦合部分 166a、 166b 将一个或多个谐振器， 例如谐振器 122a、 122b 和 122d 直接 锚定到公共基底锚， 例如锚 168a。经由一个或多个谐振器， 例如一个或多个谐振器 122a、 122b 和 122d 将一个或多个其他谐振器， 例如谐振器 122c 间接连接到一个或多个锚 168， 例 如锚 168， 经由一个或多个锚耦合部分 166， 例如锚耦合部分 166a、 166b 将其直接锚定到一 个或多个基底锚， 例如锚 168。 于是， 在一些实施例中， 一个或多个谐振器 122 直接锚定到基 底， 一个或多个谐振器 122 间接锚定到基底。直接锚定到基底的一个或多个谐振器可以锚 定到 “公共” 型锚 ( 例如， 参见图 6E) 或 “个体” 型锚 ( 例如， 参见图 7B、 9A)， 或两种类型的 锚 ( 例如， 参见图 8B)。
参考图 11A-11F、 图 12A-12C 和图 13A-13B， 在一些实施例中， 一个或多个锚耦合 部分 166 包括一个或多个应力 / 应变释放机构 172( 例如， 弹簧或弹簧状部件 )， 以管理、 控 制、 减小、 消除和 / 或最小化基底上锚 168 位置处由一个、 一些或所有 MEMS 谐振器阵列 120 经其锚定或被锚定于基底的点的运动导致的任何应力或应变。例如， 参考图 11A， 在一个实 施例中， 谐振器 122a 经由具有应力 / 应变释放机构 172a 的锚耦合部分 166a 机械耦合到锚 168。类似地， 谐振器 122b 经由具有应力 / 应变释放机构 172b 的锚耦合部分 166b 机械耦 合到锚 168。
在这一实施例中， 应力 / 应变释放机构包括弹簧或弹簧状部件， 弹簧状部件包括 间隔有间隙 174 的第一和第二细长部分 173a、 173b。弹簧或弹簧状部件还包括第一和第二 端部 175a、 175b。第一端部 175a 将第一细长部分 173a 的第一端连接到第二细长部分 173b 的第一端。第二端部 175b 将第一细长部分 173a 的第二端连接到第二细长部分 173b 的第 二端。第一和第二细长部分 173a、 173b 可以是平直的或可以具有均匀厚度。然而， 除此之 外和 / 或作为其替代， 也可以使用具有其他构造的其他应力 / 应变释放机构。
参考图 11B 和 11C， 在另一实施例中， 谐振器 122a 和 122b 经由谐振器耦合部分 126 和具有应力 / 应变释放机构 172 的锚耦合部分机械耦合到锚 168。
参考图 11D， 在另一实施例中， 谐振器 122a、 122d 经由谐振器耦合部分 126 和具有 应力 / 应变释放机构 172a 的锚耦合部分 166a 机械耦合到锚 168。谐振器 122a、 122b 经由 谐振器耦合部分 126 和具有应力 / 应变释放机构 172b 的锚耦合部分 166b 机械耦合到锚 168。谐振器 122b、 122c 经由谐振器耦合部分 126 和具有应力 / 应变释放机构 172c 的锚耦 合部分 166c 机械耦合到锚 168。谐振器 122c、 122d 经由谐振器耦合部分 126 和具有应力 / 应变释放机构 172d 的锚耦合部分 166d 机械耦合到锚 168。
参考图 11E， 在另一实施例中， 谐振器 122a、 122d 经由谐振器耦合部分 126 和具有 应力 / 应变释放机构 172a 的锚耦合部分 166a 机械耦合到锚 168。谐振器 122a、 122b 经由 谐振器耦合部分 126 和具有应力 / 应变释放机构 172b 的锚耦合部分 166b 机械耦合到锚 168。图 11F 是根据本发明某些方面的图 11D 的 MEMS 谐振器阵列一个实施例的透视图。
参考图 11A-11F、 图 12A-12C 和图 13A-13B， 在工作中， 应力 / 应变释放机构 172 与 一个、 一些或所有谐振器 122a-122d 的运动一起膨胀和收缩， 以便减小、 消除和 / 或最小化 基底上的任何应力或应变和 / 或补偿由于制造的小的不对称性导致的锚定点的小残余运 动， 材料性质可能会因此变化， 导致并非 100％优化的设计 ( 即使在采用有限元模型 ( 也称 为有限元分析 “FEA” 或 “FE 分析” ) 的情况下 )。通过这种方式， MEMS 谐振器阵列 120 的锚 定架构相对而言可以没有应力和 / 或没有应变， 这可以显著减少、 减轻、 最小化和 / 或消除 任何锚能量损耗， 由此提高、 增大、 最大化谐振器 122 的 Q( 和输出信号 )， 锚的应力将对谐 振器 122 的谐振频率几乎没有甚至没有影响。需要指出， 除了减少、 减轻、 最小化和 / 或消 除锚能量损耗之外， 具有应力 / 应变释放机构 172 的锚耦合部分 166 可以在基底上方悬挂 MEMS 谐振器阵列 120 的谐振器 122。
如下这样做可能是有利的 ： 在 MEMS 谐振器阵列 120 所经由锚定或锚定于基底的点 并非充分或足够无运动 ( 即， 谐振器 122 存在可能源于一个或多个谐振器 122 或基底或由 其导致的不希望运动 ) 或希望进一步与基底解耦的情况下， 实施应力 / 应变释放机构 172。 例如， 采用应力 / 应变释放机构 172 减少、 消除和 / 或最小化一个或多个谐振器 122 和基底 之间的能量传递也可能是有利的 ( 例如， 在谐振器 122 有阻抗失配或 “噪声” 源于基底中并 传递到一个或多个谐振器 122 的情况下 )。
可以结合这里描述和 / 或图示的锚定技术和 / 或架构的任一种采用应力 / 应变释 放机构 172。例如， 可以在图 12A-12C 和 / 或图 13A-13B 的一个或多个锚耦合部分 166 的一 个或多个之内实施应力 / 应变释放机构 172。
应力 / 应变释放机构 172 可以是公知的弹簧或弹簧状部件， 或可以是减小、 消除和 / 或最小化 (i) 基底上在锚的位置由一个、 一些或所有一个或多个谐振器 122 所经由锚定或 锚定于基底的点的运动导致的应力和 / 或应变， 和 / 或 (ii) 一个或多个谐振器 122 和基底 之间的能量传递的任何机构。
需要指出， 谐振器 122 不必锚定在每个节点或区域， 而是可以锚定在一个或多个 位置， 优选在一个或多个波节位置 ( 在谐振器振动时， 不运动、 运动很少和 / 或基本静止的 谐振器区域或位置 )。例如， 参考图 7A-7C 和图 8A-8B， 可以在谐振器 122 的一个点、 两个点 和 / 或三个区域或部分处锚定 MEMS 谐振器阵列 120( 在一些实施例中， 优选在一个或多个 谐振器 122 的节点 106 处或附近 )。就此而言， 一个或多个锚耦合部分 166 将谐振器 122 连 接到对应的锚 168。
也可以采用有限元分析和模拟引擎来设计、 确定和 / 或限定可以以预定、 最小和 / 或减小的能量损耗 ( 等 ) 将谐振器 122 锚定到基底的一个或多个节点的位置。就此而言， 在工作期间被诱发时， 谐振器 122 以膨胀和收缩的方式运动。因此， 谐振器 122 的构造可以 决定谐振器结构上或中的节点 ( 如果有的话 ) 位置， 由此几乎没有、 没有或减少了由于膨胀 和收缩振动模式导致的旋转运动。可以采用有限分析引擎使用谐振器 122 的给定构造来设 计、 确定和评估谐振器 122 中或上的这种节点的位置。通过这种方式， 可以迅速确定和 / 或 识别谐振器 122 中或上呈现出可接受的、 预定的和 / 或几乎没有或没有运动 ( 径向、 横向和 / 或其他方式 ) 用于锚定谐振器 122 的区域或部分。
需要指出， 在实施于 MEMS 谐振器阵列 120 中时， 也可以采用有限元分析和模拟引擎来设计、 确定、 评估和 / 或限定谐振器 122 的一个或多个节点的位置。 此外， 在实施于 MEMS 谐振器阵列 120 中时， 也可以采用实验方法 ( 除有限元分析和模拟引擎 ( 等 ) 之外或作为 替代 ) 来设计、 确定、 评估和 / 或限定谐振器 122 的一个或多个节点的位置。实际上， 以上 关于有限元分析和模拟引擎的全部论述都涉及具有多个谐振器 122 的 MEMS 谐振器阵列 120 的设计、 分析和响应。为了简洁的缘故， 将不再重复那些论述。
MEMS 谐振器阵列可以采用当前已知或今后开发的任何锚结构和技术。实际上， 所 有结构和技术都意在落在本发明范围之内。 例如， MEMS 谐振器阵列可以采用授予 Lutz 等人 且题为 “Anchors for Microelectromechanical Systems Having an SOI Substrate， and Method for Fabricating Same” 的美国专利 6,952,041 中所述和所示的锚定结构和技术， 该专利于 2003 年 7 月 25 日提交并被分配了序号 No.10/627,237( 在下文中称为 “用于微机 电系统的锚专利” )。 明确指出， 通过引用将用于微机电系统的锚专利的全部内容并入本文， 包括例如所有发明 / 实施例的特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点， 但除非另有说 明， 本发明的各方面和 / 或实施例不限于这些特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点。
在一个或多个谐振器 122 锚定到 “中心” 锚 168 的那些实施例中， 锚耦合部分 166 的设计 ( 例如， 形状和宽度 ) 可以影响 (i) 谐振器 122 中或上的节点 ( 如果有的话 ) 的位 置以及 (ii) 谐振器 122 的谐振频率。锚耦合部分 166 的设计还可能影响谐振器 122 的耐 用性和 / 或稳定性。在这一方面， 如图 14A-14D 和图 15A-15D 所示， 通过调节谐振器 122 附 近的锚耦合部分 166 的形状和宽度和 / 或通过使谐振器 122 附近的锚耦合部分 166 形成圆 角， 可以管理、 控制、 减小和 / 或最小化谐振器 122 上的应力。例如， 参考图 14A-14D 和图 15A-15D， 可以增大或减小锚耦合部分 166 的宽度和 / 或可以提供圆角以管理、 控制、 减小和 / 或最小化节点中或处的应力集中。通过这种方式， 可以提高、 增强和 / 或优化谐振器 122 的耐用性和 / 或稳定性。
可以采用锚耦合部分 166 的其他设计和 / 或构造来例如影响谐振器 102 的耐用性 和 / 或稳定性以及节点 ( 如果有的话 ) 的位置和谐振器 122 的谐振频率。( 例如， 参见图 16A-16B 以及图 17A-17B)。实际上， 无论是目前已知或将来开发的锚耦合部分 166 的所有 设计都将落在本发明的范围之内。
需要指出， 角 150a-150d 附近的谐振器 122 的形状和 / 或尺寸也可能影响谐振器 122 的耐用性和 / 或稳定性。
在 2005 年 5 月 19 日 提 交 并 被 分 配 以 美 国 专 利 申 请 号 No.11/132,941 的 “Microelectromechanical Resonator Structure， and Method of Designing， Operating and Using Same” 中详细论述了以上关系。可以采用上述专利申请中描述和图示的发明来 设计、 实施和 / 或制造本发明的一个或多个 MEMS 谐振器阵列的一个或多个谐振器。为了简 洁的缘故， 将不再重复那些论述。不过， 要明确指出， 通过引用将该专利申请的全部内容并 入本文， 包括例如所有发明 / 实施例的特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点， 但除非 另有说明， 本发明的各方面和 / 或实施例不限于这些特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点。
参考图 18A-18C， 谐振器阵列 120 可以包括一个或多个电极， 例如， 可以在诱发和 / 或感测谐振器阵列 120 的一个或多个体模式谐振器 122 的振动时采用这些电极。
参考图 18A， 在一个实施例中， 谐振器阵列 120 包括多个体模式谐振器 122a-122b、谐振器耦合部分 126、 第一多个电极 180a-180d 以及第二多个电极 180e-180h。多个体模式 谐振器 122a-122b 和谐振器耦合部分 126 可以分别与图 4A-4B 所示的谐振器阵列 120 的多 个体模式谐振器 122a-122b 和谐振器耦合部分 126 相同或相似。例如， 可以在诱发和 / 或 感测第一体模式谐振器 122a 的振动时采用第一多个电极 180a-180d。例如， 可以在诱发和 / 或感测第二体模式谐振器 122b 的振动时采用第二多个电极 180e-180h。
电极 180a-180h 中的每一个可以具有任何适当的配置和定位。在图示的实施例 中， 例如， 每个电极都具有细长形状并与谐振器阵列 120 的相关联体模式谐振器 122 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置。 例如， 与第一体模式谐振器 122a 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第一多个电极 180a-180d。与第二体模式谐振器 122b 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第二多个电极 180e-180h。
在一个实施例中， 每个体模式谐振器 122a-122b 都具有与图 3A 所示的谐振器 122 相同或相似的构造。( 例如， 参见图 18D-18E) 在这种实施例中， 可以分别与谐振器 122a 的 外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第一多个电极 180a-180d。分别与谐振器 122b 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第二多个电极 180e-180h。
此 外， 电 极 180a-180h 中 的 每 一 个 可 以 与 关 联 谐 振 器 122 间 隔 开 一 间 隙。 例 如， 参考图 18D， 第一多个电极 180a-180d 可以分别与第一体模式谐振器 122a 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。 类似地， 参考图 18E， 第二多个电极 180e-180h 可以分别 与第二体模式谐振器 122b 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。
在不工作 ( 静止 ) 状态下， 每个谐振器 122 可以以与之关联的电极之间为中心。 于 是， 第一体模式谐振器 122a 可以以第一多个电极 180a-180d 之间为中心。第二体模式谐振 器 122b 可以以第二多个电极 180e-180h 之间为中心。
参 考 图 18B， 在 另 一 个 实 施 例 中， 谐 振 器 阵 列 120 包 括 多 个 体 模 式 谐 振 器 122a-122c、 多个谐振器耦合部分 126、 第一多个电极 180a-180d、 第二多个电极 180e-180h 以及第三多个电极 180i-180l。多个体模式谐振器 122a-122c 和多个谐振器耦合部分 126 可以分别与图 4D 所示的谐振器阵列 120 的多个体模式谐振器 122a-122c 和多个谐振器耦 合部分 126 相同或相似。可以在诱发和 / 或感测第一体模式谐振器 122a 的振动时采用第 一多个电极。可以在诱发和 / 或感测第二体模式谐振器 122b 的振动时采用第二多个电极 180e-180h。可以在诱发和 / 或感测第三体模式谐振器 122c 的振动时采用第三多个电极 180i-180l。
电极 180a-180l 中的每一个可以具有任何适当的配置和定位。在图示的实施例 中， 例如， 每个电极都具有细长形状并与谐振器阵列 120 的相关联体模式谐振器 122 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置。 例如， 与第一体模式谐振器 122a 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第一多个电极 180a-180d。与第二体模式谐振器 122b 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第二多个电极 180e-180h。 与第三体模式谐振器 122c 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第三多个电极 180i-180l。
在一个实施例中， 体模式谐振器 122a-122c 中的每一个都具有与图 3A 所示的谐振 器 122 相同或相似的构造。 ( 例如， 参见图 18D-18F) 在这种实施例中， 可以分别与第一体模 式谐振器 122a 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第一多个电极 180a-180d。分 别与第二体模式谐振器 122b 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第二多个电极 180e-180h。分别与第三体模式谐振器 122c 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置 第三多个电极 180i-180l。此 外， 电 极 180a-180h 中 的 每 一 个 可 以 与 关 联 谐 振 器 122 间 隔 开 一 间 隙。 例 如， 参考图 18D， 第一多个电极 180a-180d 可以分别与第一体模式谐振器 122a 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。参考图 18E， 第二多个电极 180e-180h 可以分别与第 二体模式谐振器 122b 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。参考图 18F， 第三多 个电极 180i-180l 可以分别与第三体模式谐振器 122c 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。
在不工作 ( 静止 ) 状态下， 每个谐振器 122 可以以与之关联的电极之间为中心。 于 是， 第一体模式谐振器 122a 可以以第一多个电极 180a-180d 之间为中心。第二体模式谐振 器 122b 可以以第二多个电极 180e-180h 之间为中心。第三体模式谐振器 122c 可以以第三 多个电极 180i-180l 之间为中心。
参 考 图 18C， 在 另 一 个 实 施 例 中， 谐 振 器 阵 列 120 包 括 多 个 体 模 式 谐 振 器 122a-122c、 多个谐振器耦合部分 126、 第一多个电极 180a-180d、 第二多个电极 180e-180h、 第三多个电极 180i-180i 和第四多个电极 180m-180p。多个体模式谐振器 122a-122d 和 多个谐振器耦合部分 126 可以分别与图 4E 所示的谐振器阵列 120 的多个体模式谐振器 122a-122d 和多个谐振器耦合部分 126 相同或相似。可以例如在诱发和 / 或感测第一体模 式谐振器 122a 的振动时采用第一多个电极。可以例如在诱发和 / 或感测第二体模式谐振 器 122b 的振动时采用第二多个电极 180e-180h。 可以例如在诱发和 / 或感测第三体模式谐 振器 122c 的振动时采用第三多个电极 180i-180l。 可以例如在诱发和 / 或感测第四体模式 谐振器 122d 的振动时采用第四多个电极 180m-180p。
电极 180a-180p 中的每一个可以具有任何适当的配置和定位。在图示的实施例 中， 例如， 每个电极 180a-180p 都具有细长形状并与谐振器阵列 120 的相关联体模式谐振器 122 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置。 例如， 与第一体模式谐振器 122a 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第 一多个电极 180a-180d。与第二体模式谐振器 122b 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第二多个电极 180e-180h。与第三体模式谐振器 122c 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第三多个电极 180i-180l。 与第四体模式谐振器 122d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第四多个电极 180m-180o。
在图 18A-18C 所示的谐振器阵列 120 的实施例中， 体模式谐振器中的每一个
在一个实施例中， 体模式谐振器 122a-122d 中的每一个都具有与图 3A 所示的谐振 器 122 相同或相似的构造。 ( 例如， 参见图 18D-18G) 在这种实施例中， 可以分别与第一体模 式谐振器 122a 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第一多个电极 180a-180d。分 别与第二体模式谐振器 122b 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第二多个电极 180e-180h。分别与第三体模式谐振器 122c 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置 第三多个电极 180i-180l。分别与第四体模式谐振器 122d 的外表面 140a-140d 并排 ( 和 / 或平行 ) 设置第四多个电极 180m-180p。
此 外， 电 极 180a-180h 中 的 每 一 个 可 以 与 关 联 谐 振 器 122 间 隔 开 一 间 隙。 例 如， 参考图 18D， 第一多个电极 180a-180d 可以分别与第一体模式谐振器 122a 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。参考图 18E， 第二多个电极 180e-180h 可以分别与第 二体模式谐振器 122b 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。参考图 18F， 第三多 个电极 180i-180l 可以分别与第三体模式谐振器 122c 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。 参考图 18G， 第四多个电极 180m-180o 可以分别与第四体模式谐振器 122d 的外表面 140a-140d 间隔开间隙 182a-182d。
在不工作 ( 静止 ) 状态下， 每个谐振器 122 可以以与之关联的电极之间为中心。 于 是， 第一体模式谐振器 122a 可以以第一多个电极 180a-180d 之间为中心。第二体模式谐振 器 122b 可以以第二多个电极 180e-180h 之间为中心。第三体模式谐振器 122c 可以以第三 多个电极 180i-180l 之间为中心。 第四体模式谐振器 122d 可以以第四多个电极 180m-180p 之间为中心。
在一些实施例中， 每个电极连同相关的谐振器 122 限定电容。例如， 在图 18A-18D 的实施例中， 电极 180a 和谐振器 122a 限定第一电容。电极 180b 和谐振器 122a 限定第二 电容。电极 180c 和谐振器 122a 限定第三电容。电极 180d 和谐振器 122a 限定第四电容。 电极 180e 和谐振器 122b 限定第五电容。电极 180f 和谐振器 122b 限定第六电容。电极 180g 和谐振器 122b 限定第七电容。 电极 180h 和谐振器 122b 限定第八电容。 电极 180i( 图 18B、 18C) 和谐振器 122c( 图 18B、 18C) 限定第九电容。电极 180j( 图 18B、 18C) 和谐振器 122c( 图 18B、 18C) 限定第十电容。电极 180k( 图 18B、 18C) 和谐振器 122c( 图 18B、 18C) 限 定第十一电容。电极 180l( 图 18B、 18C) 和谐振器 122c( 图 18B、 18C) 限定第十二电容。电 极 180m( 图 18C) 和谐振器 122d( 图 18C) 限定第十三电容。电极 180n( 图 18C) 和谐振器 122d( 图 18C) 限定第十四电容。电极 180o( 图 18C) 和谐振器 122d( 图 18C) 限定第十五电 容。电极 180p( 图 18C) 和谐振器 122d( 图 18C) 限定第十六电容。 参考图 19A， 在谐振器阵列 120 的一个实施例中， 第一多个电极 180a-180d 和第 四多个电极 180m-180p 均被用作感测电极。第二多个电极 180e-180h 和第三多个电极 180i-180l 均被用作驱动电极。驱动电极， 例如电极 180e-180h 和 180-180l 电连接到差分 驱动电路 183 并从那里接收差分驱动信号 D+、 D-。 例如， 驱动电极 180f、 180h、 180i、 180k 可 以经由信号线 184 从差分驱动电路 183 接收驱动信号 D+。驱动电极 180e、 180g、 180j、 180l 可以经由信号线 185 从差分驱动电路 183 接收驱动信号 D-。
感测电极， 例如电极 180a-180d 以及 180m-180p 电连接到差分感测电路 186 并提 供差分感测信号 S+、 S-， 差分感测信号被供应给差分感测电路 186。例如， 感测电极 180a、 180c、 180n、 180p 可以集体提供感测的信号 S+， 经由信号线 188 向差分感测电路 186 供应该 信号。感测电极 180b、 180d、 180o、 180m 可以集体提供感测的信号 S-， 经由信号线 190 向差 分感测电路 186 供应该信号。
在工作中， 差分驱动电路 183 产生供应给驱动电极 180e-180h 和 180i-180l 的差 分驱动信号 D+、 D-， 例如如上所述， 以诱发时变的静电力， 静电力使谐振器 122a 和谐振器 122c 以一个或多个谐振频率振动 ( 例如， 在平面内 )。谐振器 122a 和 122c 的振动在谐振 器 122b 和谐振器 122d 中诱发振动。
在这一实施例中， 谐振器阵列 120 的每个谐振器 122 以相同或基本相同的频率振 动或振荡。此外， 在这一实施例中， 每个谐振器 122 以体模式或基本体模式振动， 而非以弯 曲模式振动。振动可以是线性或基本线性的， 例如， 由线性、 静止微分运动方程描述。每个 谐振器 122 可以具有高 “Q” ( 品质因数 )， 结果， 振动期间谐振器 122 的形状可能主要取决 于谐振器 122 的特性。参考图 19B， 在一个实施例中， 在振动的第一阶段中， 谐振器 122a 和
谐振器 122c(i) 沿第一和第二方向 144a、 144b 收缩， 并 (ii) 沿第三和第四方向 146a、 146b 膨胀， 造成谐振器 122a 和谐振器 122c 的第一状态。谐振器 122b 和谐振器 122d(i) 沿第一和第二方向 144a、 144b 膨胀并 (ii) 沿第三和第四方向 146a、 146b 收缩， 造成谐振器 122b 和 谐振器 122d 的第一状态。作为参考， 分别由虚线矩形 122a’ -122d’ 表示谐振器 122a-122d 在静止状态下的形状和位置。图 19B 中未示出电极 180a-180p。
参考图 19C， 集中研究第一体模式谐振器 122a， 例如， 第一体模式谐振器 122a 沿第 一和第二方向 144a、 144b 的收缩导致第二和第四间隙 182b、 182d 尺寸增大。第一体模式谐 振器 122a 沿第三和第四方向 146a、 146b 的膨胀导致第一和第三间隙 182a、 182c 尺寸减小。 作为参考， 虚线 122a’ -122d’ 分别示出了谐振器 122a-122d 在静止状态下的形状和位置。
在 一 些 实 施 例 中， 第 一 体 模 式 谐 振 器 122a 沿 着 第 一 轴 144 收 缩 的 量 为 Δ1contract+Δ2contract， 沿着第二轴 146 膨胀的量为 Δ3expand+Δ4expand。在一些实施例中， 量 Δ1contract 等于量 Δ2contract 和 / 或量 Δ3expand 等于量 Δ4expand。
参考图 19D， 现在集中研究第二体模式谐振器 122b， 第二体模式谐振器 122b 沿第 一和第二方向 144a、 144b 的膨胀导致第二和第四间隙 182b、 182d 尺寸减小。第二体模式谐 振器 122b 沿第三和第四方向 146a、 146b 的收缩导致第一和第三间隙 182a、 182c 尺寸增大。 作为参考， 虚线 122a’ -122d’ 分别示出了谐振器 122a-122d 在静止状态下的形状和位置。
在 一 些 实 施 例 中， 第 二 体 模 式 谐 振 器 122a 沿 着 第 一 轴 144 膨 胀 的 量 为 Δ5expand+Δ6expand， 沿着第二轴 146 收缩的量为 Δ7contract+Δ7contract。在一些实施例中， 量 Δ5expand 等于量 Δ6expand 和 / 或量 Δ7contract 等于量 Δ8contract。
参考图 19E， 在一个实施例中， 在第二振动阶段中， 谐振器 122a 和谐振器 122c(i) 沿第一和第二方向 144a、 144b 膨胀并 (ii) 沿第三和第四方向 146a、 146b 收缩， 导致谐振器 122a 和谐振器 122c 的第二状态。 谐振器 122b 和谐振器 d(i) 沿第一和第二方向 144a、 144b 收缩并 (ii) 沿第三和第四方向 146a、 146b 膨胀， 导致谐振器 122b 和谐振器 122d 的第二状 态。作为参考， 分别由虚线矩形 122a’ -122d’ 表示谐振器 122a-122d 在静止状态下的形状 和位置。图 19E 中未示出电极 180a-180p。
参考图 19F， 再次集中研究第一体模式谐振器 122a， 第一体模式谐振器 122a 沿第 一和第二方向 144a、 144b 的膨胀导致第二和第四间隙 182b、 182d 尺寸减小第一体模式谐振 器 122a 沿第三和第四方向 146a、 146b 的收缩导致第一和第三间隙 182a、 182c 尺寸增大。
在 一 些 实 施 例 中， 第 一 体 模 式 谐 振 器 122a 沿 着 第 一 轴 144 膨 胀 的 量 为 Δ1expand+Δ2expand， 沿着第二轴 146 收缩的量为 Δ3contract+Δ4contract。在一些实施例中， 量 Δ1expand 等于量 Δ2expand 和 / 或量 Δ3contract 等于量 Δ4contract。
参考图 19G， 现在再次集中研究第二体模式谐振器 122b， 第二体模式谐振器 122b 沿第一和第二方向 144a、 144b 的收缩导致第二和第四间隙 182b、 182d 尺寸增大。第二体模 式谐振器 122b 沿第三和第四方向 146a、 146b 的膨胀导致第一和第三间隙 182a、 182c 尺寸 减小。
在 一 些 实 施 例 中， 第 二 体 模 式 谐 振 器 122a 沿 着 第 一 轴 144 收 缩 的 量 为 Δ5contract+Δ6contract， 沿着第二轴 146 膨胀的量为 Δ7expand+Δ8expand。在一些实施例中， 量 Δ5contract 等于量 Δ6contract 和 / 或量 Δ7expand 等于量 Δ8expand。
在一些实施例中， 谐振器膨胀彼此相同的量并收缩彼此相同的量。 不过， 在一些其 他实施例中， 谐振器彼此可以或可以不膨胀相同的量和 / 或可以彼此收缩或可以不收缩相 同的量。谐振器在一种状态下呈现的膨胀量可以等于或不等于谐振器在这种状态下呈现 的收缩量和 / 或谐振器在另一状态下呈现的膨胀或收缩量。例如， 第一体模式谐振器在第 一状态下呈现的膨胀量可以等于或不等于第一体模式谐振器在第一状态下呈现的收缩量 和 / 或第一体模式谐振器在第二状态下呈现的膨胀或收缩量。
需要指出， 一个或多个体模式谐振器 122a-122d 的一个或多个角 150a-150d 可以 是节点和 / 或可以在谐振器 122a 在第一和第二状态间振动时呈现相对很少的运动或没有 运动。亦即， 在体模式谐振器 122a-122d 在第一状态和第二状态之间振动时， 一个或多个体 模式谐振器 122a-122d 的一个或多个角 150a-150d 可以相对静止。
再次参考图 19A， 感测电极 180a-180d 和 180m-180p 提供差分感测信号 S+、 S-， 表 示由于这种谐振器 ( 例如谐振器 122a 和 122d) 的振动运动导致的相关谐振器 122a、 122d 的 振动 ( 例如， 源自感测电极 180a-180d、 180m-180p 和谐振器 122a、 122d 之间的电容变化 )。 差分信号 S+、 S- 例如形式可以为差分电压和 / 或差分电流。
在这一实施例中， 感测到的信号 S+ 和感测到的信号 S- 均为信号的总和和 / 或包 括来自多个感测电极的贡献。例如， 感测的信号 S+ 是分别进入和 / 或离开感测电极 180a、 180c 的电流 i180a、 i180c， 以及分别进入和 / 或离开感测电极 180n、 180p 的电流 i180n、 i180p 的总和。例如， 感测的信号 S- 是分别进入和 / 或离开感测电极 180b、 180c 的电流 i180b、 i180d， 以及分别进入和 / 或离开感测电极 180m、 180o 的电流 i180m、 i180o 的总和。
结果， 感测的信号 S+ 和感测的信号 S- 可以均比感测信号 S+ 和感测信号 S- 均 仅从一个感测电极产生的情况具有更大的信噪比关系。因此， 包括第一信号和第二信号 Out+、 Out- 的差分输出信号可以具有比没有谐振器阵列 120， 即使用单个谐振器， 例如谐振 器 122a， 没有其他谐振器， 例如谐振器 122b-122d 时获得的更大的信噪比关系。
例如， 第一体模式谐振器 122a 的振动获得分别进入和 / 或离开第一多个感测电极 180a-180d 的表示其振动的电流和 / 或第一多个感测电极 180a-180d 的电压变化。第四体 模式谐振器 122d 的振动获得分别进入和 / 或离开第四多个感测电极 180m-180p 的表示其 振动的电流和 / 或第四多个感测电极 180m-180p 的电压变化。
集中研究第一多个感测电极 180a-180d 和第一体模式谐振器 122a， 在第一振动阶 段中， 第二间隙 182b 的尺寸增大导致第二电容 ( 即， 由感测电极 180b 和第一体模式谐振器 122a 限定的电容 ) 的大小减小， 这又造成电流 i180b 流入或流出感测电极 180b 以及感测 电极 180b 的电压与之相应变化。第四间隙 182d 尺寸增大导致第四电容 ( 即， 由感测电极 180d 和第一体模式谐振器 122a 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流 i180d 流入或流出感测电 极 180d 以及感测电极 180d 的电压与之相应变化。第一间隙 182a 尺寸减小导致第一电容 ( 即， 由感测电极 180a 和第一体模式谐振器 122a 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流 i180a 流入或流出感测电极 180a 以及感测电极 180a 的电压与之相应变化。第三间隙 182c 尺寸 减小导致第三电容 ( 即， 由感测电极 180c 和第一体模式谐振器 122a 限定 ) 的大小增大， 这 又导致电流 i180c 流入或流出感测电极 180c 以及感测电极 180c 的电压与之相应变化。
在第二振动阶段中， 第二间隙 182b 尺寸减小导致第二电容 ( 即， 由感测电极 180b 和第一体模式谐振器 122a 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流 i180b 流入或流出感测电极 180b 以及感测电极 180b 的电压与之相应变化。 第四间隙 182d 尺寸减小导致第四电容 ( 即， 由感测电极 180d 和第一体模式谐振器 122a 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流 i180d 流入或流出感测电极 180d 以及感测电极 180d 的电压与之相应变化。第一间隙 182c 尺寸增大 导致第一电容 ( 即， 由感测电极 180a 和第一体模式谐振器 122a 限定 ) 的大小减小， 这又导 致电流 i180a 流入或流出感测电极 180a 以及感测电极 180a 的电压与之相应变化。第三间 隙 182c 尺寸增大导致第三电容 ( 即， 由感测电极 180c 和第一体模式谐振器 122a 限定 ) 的 大小减小， 这又导致电流 i180c 流入或流出感测电极 180c 以及感测电极 180c 的电压与之 相应变化。
第四体模式谐振器 122d 的振动以类似方式获得分别进入和 / 或离开感测电极 180m-180p 的表示其振动的电流 i180m-i180p， 和 / 或感测电极 180m-180p 的电压变化。
需要指出， 在振动期间， 感测信号 S+ 的大小和感测信号 S- 的大小均至少部分分别 取决于感测电极 180a-180d、 180m-180p 和相关联谐振器 122a、 122d 之间的电容性换能大 小。例如， 电流 i180a、 i180b、 i180c、 i180d 的大小至少部分分别取决于振动期间第一电容 的变化大小 ( 即， 第一体模式谐振器 122a 和感测电极 180a 之间的电容性换能大小 )、 第二 电容的变化大小 ( 即， 第一体模式谐振器 122a 和感测电极 180b 之间的电容性换能大小 )、 第三电容的变化大小 ( 即， 第一体模式谐振器 122a 和感测电极 180c 之间的电容性换能大 小 ) 和第四电容的变化大小 ( 即， 第一体模式谐振器 122a 和感测电极 180d 之间的电容性 换能大小 )。
差分感测信号 S+、 S- 被供应给差分感测电路 186， 例如， 如上所述， 差分感测电路 186 感测、 采样和 / 或探测差分感测信号 S+、 S- 和 / 或具有一种或多种谐振频率的信号， 并 可以响应于它产生包括第一信号和第二信号 Out+、 Out- 的差分输出信号。差分输出信号 Out+、 Out- 例如可以是频率等于谐振器 122 呈现的振动的一种或多种谐振频率的一种或多 种的频率的时钟信号。可以经由信号线 192、 194 将差分输出信号 Out+、 Out- 供应给差分驱 动电路 183， 差分驱动电路 183 可以响应于它产生差分驱动信号 D+、 D-， 由此闭合电子振荡 器环路。就此而言， 希望差分驱动信号 D+、 D- 适于激励 / 驱动期望的振动模式。
在一些实施例中， 差分驱动电路 183 被配置成提供差分驱动信号 D+、 D-， 其中信号 D+ 和信号 D- 相位相差 180 度或相位基本相差 180 度， 配置和定位驱动电极 180e-180h 和 180i-180l， 使得向其供应的差分驱动信号 D+、 D- 造成一个或多个静电力， 导致一个或多个 谐振器 122a-122d， 例如 122b、 122c 在平面内振动。
在一些实施例中， 配置和定位感测电极 180a-180d 和 180m-180p 以响应于未接收 静电力的一个或多个谐振器， 例如谐振器 122a、 122d 的振动， 提供差分感测信号 S+、 S-， 其 中信号 S+ 和信号 S- 相位相差 180 度或相位基本相差 180 度， 并配置感测电路 186 以接收差 分感测信号 S+、 S- 并响应于它提供差分输出信号 Out+、 Out-， 其中信号 Out+ 和信号 Out- 相 位相差 180 度或相位基本相差 180 度。
在这一实施例中， 谐振器阵列 120 的每个谐振器 122 的振动相对于相邻谐振器 122 的振动不同相。例如， 在谐振器 122a 沿第一和 / 或第二方向收缩并沿第三和 / 或第四方向 膨胀时， 相邻谐振器 122b 沿第一和 / 或第二方向膨胀并沿第三和 / 或第四方向收缩 ( 参见 图 19B)。此外， 在谐振器 122a 沿第一和 / 或第二方向膨胀并沿第三和 / 或第四方向收缩 时， 相邻谐振器 122b 沿第一和 / 或第二方向收缩并沿第三和 / 或第四方向膨胀 ( 参见图 19E)。就此而言， 在一些实施例中， 相对于相邻谐振器 122 的振动， 谐振器阵列 120 的每个 谐振器 122 的振动相位相差 180 度， 或相位基本相差 180 度。实现差分信号配置可以便于消除、 限制、 减小和 / 或最小化来自驱动电极的电容 耦合对感测电极的影响。此外， 完整的差分信号配置也可以显著减小对从基底耦合的电和 / 或机械噪声的任何敏感性。此外， 在差分信令配置中实施 MEMS 谐振器阵列 120 也可以消 除、 最小化和 / 或减少通过锚往返于该结构流动的电荷。这样一来， 可以避免基底锚和驱动 与感测电极之间的电压降。需要指出， 这一电压降可能会劣化或不利地影响阵列的谐振器 尤其在较高频率 ( 例如， 大于 100MHz 的频率 ) 下的电传递函数。
在 图 19A 的 实 施 例 中， 对 称 地 配 置 驱 动 电 极 180e-180h、 180i-180l 和 感 测 电 极 180a-180d、 180m-180p， 结 合 谐 振 器 122a-122d 的 对 称 结 构， 这可以帮助管理谐振器 122a-122d、 谐振器耦合部分 126、 锚耦合部分 166a-166d、 锚 168 和 / 或基底 124 上的应力。 通过这种方式， 谐振器耦合部分 126 和 / 或锚耦合部分 166a-166d 可以是低应力点， 这可以 帮助管理、 最小化和 / 或减少 MEMS 谐振器阵列 120 的一个、 一些或全部谐振器 122a-122d 的能量损耗。
差分驱动电路 183 和差分感测电路 186 可以是常规公知电路。实际上， 差分驱动 电路 183 和差分感测电路 186 可以是任何种类的电路 ( 无论是否集成 ( 或制造 ) 于谐振器 结构所在的同一基底上 )， 而且无论现在已知或今后开发， 所有这种电路都意在落在本发明 的范围之内。
需要指出， 差分驱动电路 183 和差分感测电路 186 可以集成在 ( 或制造于 ) 谐振器 结构所在的同一基底上。除此之外， 或作为其替代， 差分驱动电路 183 和差分感测电路 186 可以集成于和谐振器结构所在基底物理隔离 ( 并与之电互连 ) 的基底上。
此外， 驱动电极， 例如驱动电极 180e-180h 和 180i-180l， 以及感测电极 180a-180d 和 180m-180p 可以是常规公知类型的， 或可以是现在已知或今后开发的任何类型和 / 或形 状的电极。例如， 有很多感测和驱动电极的其他构造和 / 或架构导致谐振器 122 产生和 / 或提供相位相差 ( 或基本 )180 度的输出信号， 和 / 或其中驱动电极诱发或导致谐振器 122 在平面中的运动， 且感测电极感测、 采样和 / 或探测该运动。
此外， 物理电极机构可以包括， 例如电容性的、 压阻的、 压电的、 电感的、 磁致电阻 的和热的。实际上， 现在已知或将来开发的所有物理电极机构都意在落在本发明的范围之 内。
此外， 可以选择驱动和 / 或感测电极的数量和设计 ( 例如尺寸、 形状、 类型 ) 以优 化、 增强和 / 或改善 MEMS 谐振器阵列 120 的工作。例如， 可以选择驱动和 / 或感测电极的 数量和设计 ( 例如， 尺寸、 形状、 类型 ) 以提供额外的驱动信号和 / 或额外的感测信号。在 一些实施例中， 例如， 增加感测电极的数量和截面感测电极 - 谐振器接口， 以便增大提供给 感测电路 ( 例如， 单端或差分感测电路 ) 的信号。( 例如， 参见图 21A-21C) 如上所述， 驱动 电极和感测电极可以是任何数量和设计 ( 例如尺寸、 形状、 类型 )， 无论是现在已知的或后 来开发的。
在一些实施例中， 驱动电极， 例如电极 180e-180h 和 180i-180l 和 / 或感测电极， 例如电极 180a-180d 和 180m-180p 被制造成没有额外的或附带的屏蔽。例如， 在一些实施 例中， 矩形和 / 或正方形形状的谐振器块 122、 驱动电极， 例如电极 180e-180h 和 180i-180l 和 / 或感测电极， 例如电极 180a-180d 和 180m-180p 是同时制造的。
于是， 本发明可以采用无论现在已知或今后开发的任何感测和驱动结构、 技术、 配置和 / 或架构。例如， 一些实施例在振动期间采用电容性换能 ( 例如一个或多个谐振器和 一个或多个感测电极之间电容的变化 ) 以提供差分感测信号 S+、 S-。在这种实施例中， 可 以相对于谐振器 122 设置或定位一个或多个感测电极和 / 或驱动电极， 以便探测一个或多 个谐振器 122 的一个或多个所选或预定谐波。然而， 除此之外和 / 或作为其替代， 可以采用 任何其他适当的结构和 / 或技术。
如上所述， MEMS 谐振器阵列 120 的每个谐振器 122 可以在固有模式或基本线性模 式下振动。这样一来， 这里论述的为了提供线性谐振器 / 振子而对驱动和感测电路的一些 考虑和要求可以不那么严格和 / 或复杂， 因为可能不需要非常精确或非常准确地控制阵列 120 的谐振器 122 的谐振幅度。
就此而言， 一些谐振器结构 ( 例如， 具有双夹紧梁， 例如双夹紧音叉的谐振器 ) 具 有非线性模型， 其中， 输出频率是谐振振幅的函数。在梁从弯曲模式过渡到拉伸 ( 延伸 ) 模 式时， 这种效果是显著的。在基本模式中， 双夹紧梁可能表现出这种行为， 因为在较小振幅 下， “恢复” 力受弯曲应力支配， 在较大振幅下， 恢复力受张应力支配。在这种状况下， 为了在 这种情况下维持恒定频率， 可能需要仔细调节梁的谐振振幅， 这可能是困难的并可能引入 额外的复杂性。 尽管如上所述， 尽管谐振器阵列 120 的一些实施例采用其中振动为线性或基本线 性， 例如由线性静止微分运动方程描述， 的谐振器 122 和 / 或驱动和感测技术， 且谐振器阵 列 120 的所有谐振器 122 以相同或基本相同的频率振动或振荡， 应当理解， 可以采用任何类 型的谐振器、 驱动和感测技术和 / 或振动。进一步就此而言， 尽管一些实施例可以采用一个 或多个以体模式或基本体模式而非弯曲模式振动和 / 或具有高 “Q” ( 品质因数 ) 的谐振器 122， 使得振动期间谐振器 122 的形状主要取决于谐振器 122 的特性， 但可以采用任何类型 的谐振器。
图 19H 示出了差分感测电路 186 和差分驱动电路 188 的一个实施例。在这一实施 例中， 感测电路 186 包括差分放大器 195。驱动电路 183 包括自动增益控制电路 196。感测 电路 186 的差分放大器 195 接收差分感测信号 S+、 S- 并响应于它提供差分输出信号 Out+、 Out-。经由信号线 192、 194 将差分放大器 195 的差分输出信号 Out+、 Out- 供应给差分驱动 电路 183 的自动增益控制电路 196， 其响应于它提供差分驱动信号 D+、 D-。
图 19I 示出了提供差分驱动信号、 差分感测信号和差分输出信号的另一实施例。
参 考 图 19I， 在 另 一 实 施 例 中， 将 第 一 多 个 电 极 180a-180d 和 第 三 多 个 电 极 180i-180l 用作驱动电极。第二多个电极 180e-180h 和第四多个电极 180m-180p 均被用作 感测电极。驱动电极， 例如电极 180a-180d 和 180i-180l 电连接到差分驱动电路 183 并从 那里接收差分驱动信号 D+、 D-。例如， 驱动电极 180a、 180c、 180i、 180k 可以经由信号线 184 从差分驱动电路 183 接收驱动信号 D+。驱动电极 180b、 180d、 180j、 180l 可以经由信号线 185 从差分驱动电路 183 接收驱动信号 D-。
感测电极， 例如电极 180e-180h 以及 180m-180p 电连接到差分感测电路 186 并提 供差分感测信号 S+、 S-， 差分感测信号被供应给差分感测电路 186。例如， 感测电极 180f、 180h、 180n、 180p 可以集体提供感测信号 S+， 经由信号线 188 将该感测信号供应给差分感测 电路 186。感测电极 180e、 180g、 180m、 180o 可以集体提供感测信号 S-， 经由信号线 190 将 该感测信号供应给差分感测电路 186。
在工作中， 差分驱动电路 183 产生供应给驱动电极 180a-180d 和 180i-180l 的差 分驱动信号 D+、 D-， 例如如上所述， 以诱发时变的静电力， 静电力使谐振器 122a 和谐振器 122c 以一个或多个谐振频率振动 ( 例如， 在平面内 )。谐振器 122a 和 122c 的振动在谐振 器 122b 和谐振器 122d 中诱发振动。
感测电极 180e-180h 和 180m-180p 提供差分感测信号 S+、 S-， 表示一个或多个谐 振器 122a-122d 呈现的振动 ( 例如， 源自由于这种谐振器 ( 例如谐振器 122a 和 122d) 的振 动导致的一个或多个谐振器 122a-122d( 例如谐振器 122a 和 122d) 和感测电极 180e-180h、 180m-180p 之间的电容变化 )。
如图 19A 所示的谐振器阵列 120 的实施例那样， 感测到的信号 S+ 和感测到的信号 S- 均为信号的总和和 / 或包括来自多个感测电极的贡献。 例如， 感测的信号 S+ 是分别进入 和 / 或离开感测电极 180f、 180h 的电流 i180f、 i180h， 以及分别进入和 / 或离开感测电极 180n、 180p 的电流 i180n、 i180p 的总和。例如， 感测的信号 S- 是分别进入和 / 或离开感测 电极 180e、 180g 的电流 i180e、 i180g， 以及分别进入和 / 或离开感测电极 180m、 180o 的电 流 i180m、 i180o 的总和。
结果， 感测的信号 S+ 和感测的信号 S- 可以均比感测信号 S+ 和感测信号 S- 均仅 从一个感测电极产生的情况具有更大的信噪比关系。因此， 差分输出信号 Out+、 Out- 可以 具有比没有谐振器阵列 120， 即使用单个谐振器， 例如谐振器 122b， 没有其他谐振器， 例如 谐振器 122a、 122c、 122d 时获得的更大的信噪比关系。
差分感测信号 S+、 S- 被供应给差分感测电路 186， 例如， 如上所述， 差分感测电路 186 感测、 采样和 / 或探测差分感测信号 S+、 S- 和 / 或具有一种或多种谐振频率的信号， 并 可以响应于它产生差分输出信号 Out+、 Out-。差分输出信号 Out+、 Out- 例如可以是频率等 于谐振器 122 呈现的振动的一种或多种谐振频率的一种或多种的频率的时钟信号。可以经 由信号线 192、 194 将差分输出信号 Out+、 Out- 供应给差分驱动电路 183， 差分驱动电路 183 可以响应于它产生差分驱动信号 D+、 D-， 由此闭合电子振荡器环路。就此而言， 希望差分驱 动信号 D+、 D- 适于激励 / 驱动期望的振动模式。
在这一实施例中， 图 19I 所示的谐振器阵列 120 的谐振器 122a-122d 的第一振动 状态与图 19B-19D 针对图 19A 所示谐振器阵列的谐振器 122a-122d 所示的第一振动状态 相同或相似， 谐振器的第二振动状态与图 19E-19G 针对图 19A 所示的谐振器阵列的谐振器 122a-122d 所示的第二状态相同或相似。
在 图 19I 的 实 施 例 中， 对 称 地 配 置 驱 动 电 极 180a-180d、 180i-180l 和 感 测 电 极 180e-180h、 180m-180p， 结 合 谐 振 器 122a-122d 的 对 称 结 构， 这可以帮助管理谐振器 122a-122d、 谐振器耦合部分 126、 锚耦合部分 166a-166d、 锚 168 和 / 或基底 124 上的应力。 通过这种方式， 谐振器耦合部分 126 和 / 或锚耦合部分 166a-166d 可以是低应力点， 这可以 帮助管理、 最小化和 / 或减少 MEMS 谐振器阵列 120 的一个、 一些或全部谐振器 122a-122d 的能量损耗。
MEMS 谐振器阵列 120 可以被配置成提供单端或差分输出。 例如， 在一些实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 被配置成单端构造， 这提供了单端驱动信号、 单端感测信号和 / 或单 端输出信号。参考图 20A， 在单端构造的一个实施例中， 将某些电极 180 用作驱动电极， 将 某些其他电极 180 用作感测电极。驱动电极电连接到驱动电路 198 并从那里接收驱动信号D。例如， 驱动电极可以经由信号线 200 从驱动电路 198 接收驱动信号 D。感测电极电连接 到感测电路 202 并向那里提供感测信号 S。例如， 感测电极可以提供感测信号 S， 可以经由 信号线 204 向感测电路 202 供应感测信号 S。
在工作中， 驱动电路 198 产生供应给驱动电极的单端驱动信号 D， 例如如上所述， 以诱发时变的静电力， 静电力使一个或多个谐振器以一个或多个谐振频率振动 ( 例如， 在 平面内 )。谐振器的振动诱发谐振器中的振动。
在这一实施例中， 谐振器阵列 120 的每个谐振器 122 以相同或基本相同的频率振 动或振荡。此外， 在这一实施例中， 每个谐振器 122 以体模式或基本体模式振动， 而非以弯 曲模式振动。振动可以是线性或基本线性的， 例如， 由线性、 静止微分运动方程描述。每个 谐振器 122 可以具有高 “Q” ( 品质因数 )， 结果， 振动期间谐振器 122 的形状可能主要取决 于谐振器 122 的特性。
在一个实施例中， 图 19H 所示的谐振器阵列 120 的谐振器 122a-122d 所呈现的振 动与图 19A 所示谐振器阵列 120 的实施例中的谐振器 122a-122d 呈现的振动相同或相似。
感测电极提供单端感测信号 S， 表示一个或多个谐振器 122a-122d 呈现的振动 ( 例 如， 表示一个或多个谐振器 122a-122d 呈现的振动 ( 例如， 源自由于这种谐振器的振动导致 的一个或多个谐振器 122a-122b 和感测电极之间的电容变化 )。
感测信号 S 被供应给感测电路 202， 例如， 如上所述， 感测电路 202 感测、 采样和 / 或探测感测信号 S 和 / 或具有一种或多种谐振频率的信号， 并可以响应于它产生输出信号 Out。输出信号 Out 例如可以是频率等于谐振器块 122 呈现的振动的一种或多种谐振频率 的一种或多种的频率的时钟信号。 可以经由信号线 206 向驱动电路 198 供应输出信号 Out， 驱动电路 198 可以响应于它产生驱动信号 D， 由此闭合电子振荡器环路。就此而言， 驱动信 号的相位应当适于激励 / 驱动期望的模式。
需要指出， 驱动电路 198 和感测电路 202 可以是常规的 MEMS 驱动和感测电路。然 而， 驱动电路 198 和感测电路 202 不限于此。实际上， 驱动电路 198 和感测电路 202 可以是 现在已知或今后开发的任何感测和驱动电路。 例如， 应当指出， 有很多其他的驱动和感测电 路和 / 或驱动和感测电极的构造和 / 或架构导致或诱发谐振器谐振和 / 或提供输出信号。
此外， 驱动电路 198 和 / 或感测电路 202 可以集成于 MEMS 谐振器阵列 120 所在 ( 或制造于其中 ) 的同一基底上。除此之外， 或作为其替代， 驱动电路 198 和 / 或感测电路 202 可以集成于和 MEMS 谐振器阵列 120 所在基底物理隔离 ( 并与之电互连 ) 的基底上。
此外， 驱动电极和感测电极可以是常规 MEMS 驱动和感测电极。然而， 驱动和感测 电极不限于此。实际上， 驱动和感测电极可以是现在已知或今后开发的任何驱动和感测电 极。例如， 应当指出， 有很多其他的感测和驱动电极的构造和 / 或架构导致或诱发谐振器谐 振并产生和 / 或提供相位相差 180 度 ( 或基本为 180 度 ) 的输出信号。
此外， 物理电极机构可以包括， 例如电容性的、 压阻的、 压电的、 电感的、 磁致电阻 的和热的。实际上， 现在已知或将来开发的所有物理电极机构都意在落在本发明的范围之 内。
可以选择驱动和 / 或感测电极的数量和设计 ( 例如尺寸、 形状、 类型 ) 以优化、 增 强和 / 或改善 MEMS 谐振器阵列 120 的工作。例如， 可以选择驱动和 / 或感测电极的数量和 设计 ( 例如， 尺寸、 形状、 类型 ) 以提供额外的驱动信号和 / 或额外的感测信号。在一些实施例中， 例如， 增加感测电极的数量和截面感测电极 - 谐振器接口， 以便增大提供给感测电 路 ( 例如， 单端电路 ) 的信号。如上所述， 驱动电极和感测电极可以是任何数量和设计 ( 例 如尺寸、 形状、 类型 )， 无论是现在已知的或后来开发的。
此外， 尽管图 20A 示出了驱动电路 198、 感测电路 202、 驱动电极和感测电极， 但显 然本发明不限于此。相反， 本发明可以采用无论现在已知或今后开发的任何感测和驱动结 构、 技术、 配置和 / 或架构。例如， 一些实施例在振动期间采用电容性换能 ( 例如一个或多 个谐振器和一个或多个感测电极之间电容的变化 ) 以提供感测信号 S。 在这种实施例中， 可 以相对于谐振器 122 设置或定位一个或多个感测电极和 / 或驱动电极， 以便探测一个或多 个谐振器 122 的一个或多个所选或预定谐波。然而， 除此之外和 / 或作为其替代， 可以采用 任何其他适当的结构和 / 或技术。
此外， 尽管谐振器阵列 120 的一些实施例采用其中振动为线性或基本线性， 例如 由线性静止微分运动方程描述， 的谐振器 122 和 / 或驱动和感测技术， 且谐振器阵列 120 的 所有谐振器 122 以相同或基本相同的频率振动或振荡， 应当理解， 可以采用任何类型的谐 振器、 驱动和感测技术和 / 或振动。进一步就此而言， 尽管一些实施例可以采用一个或多个 以体模式或基本体模式而非弯曲模式振动和 / 或具有高 “Q” ( 品质因数 ) 的谐振器 122， 使 得振动期间谐振器 122 的形状主要取决于谐振器 122 的特性， 但可以采用任何类型的谐振 器。
图 20B 示出了单端感测电路 202 和单端驱动电路 198 的一个实施例。在这一实施 例中， 感测电路 202 包括放大器。驱动电路 198 包括自动增益控制电路 AGC。感测电路 202 的放大器接收感测信号 S 并响应于它提供单端输出信号。经由信号线 197 向驱动电路 198 的自动增益控制电路 AGC 供应放大器的输出信号， 驱动电路 198 响应于它提供单端驱动信 号 D。
需要指出， 也可以在具有少于或多于四个谐振器 122 的 MEMS 谐振器阵列 120 中实 施差分输出信号配置和 / 或单端输出信号配置。实际上， 这里在感测和驱动阵列的语境中 相对于 MEMS 谐振器阵列 120 论述的所有特征、 实施例和备选方案都适用于任何尺寸 ( 例 如， 具有 2、 3、 4、 5、 6、 7 和 8 个谐振器 122 的阵列 ) 和 / 或构造 ( 例如， 由相同或不同几何形 状的谐振器 122 构成的阵列， 例如正方形、 三角形、 六边形、 圆角正方形、 圆角六边形或圆角 三角形 ) 的阵列。为了简洁的缘故， 将不再重复那些论述。
可以结合上述任何谐振器耦合结构或技术和 / 或任何锚定结构或技术应用这里 公开的任何驱动和 / 或感测技术 ( 例如驱动电极、 感测电极、 驱动电路和 / 或感测电路 )。
例如， 参考图 21A-21B， 在一个实施例中， 如图 18C-18G 所示， 谐振器阵列包括多 个体模式谐振器 122a-122d、 多个谐振器耦合部分 126 和多个电极 180a-180p， 而且多个锚 耦合部分 166a-166d 分别具有应力 / 应变机构 172a-172d， 以如图 11D 所示将多个谐振器 122a-122d 耦合到公共锚 168。
在另一实施例中， 谐振器阵列 120 还包括与图 19A 所示的差分驱动和差分感测构 造相同或相似的差分驱动和差分感测构造。
例如， 参考图 21C-21E， 在一个实施例中， 如图 19A 所示， 谐振器阵列包括多个体模 式谐振器 122a-122d、 多个谐振器耦合部分 126、 多个电极 180a-180p、 驱动电路 183 和感测 电路 186， 而且多个锚耦合部分 166a-166d 分别具有应力 / 应变机构 172a-172d， 以如图 11D所示将多个谐振器 122a-122d 耦合到公共锚 168。 在这一实施例中， 谐振器阵列 120 如上文 针对图 19A 所示的谐振器阵列 120 所述那样工作， 使得谐振器 122a-122d 的第一振动状态 与图 19B-19D 所示的第一振动状态相同或相似， 第二振动状态与图 19E-19G 所示的第二振 动状态相同或相似。图 21D 示出了处于与图 19B-19D 所示的第一振动状态对应的状态下的 谐振器阵列 120 的一部分。图 21E 示出了处于与图 19E-19G 所示的第二振动状态对应的状 态下的谐振器阵列 120 的一部分。
在另一实施例中， 谐振器阵列 120 包括与图 19I 所示的差分驱动和差分感测构造 相同或相似的差分驱动和差分感测构造。
例如， 参考图 21F， 在一个实施例中， 如图 19I 所示， 谐振器阵列 120 包括多个体模 式谐振器 122a-122d、 多个谐振器耦合部分 126、 多个电极 180a-180p、 驱动电路 183 和感测 电路 186， 而且多个锚耦合部分 166a-166d 分别具有应力 / 应变机构 172a-172d， 以如图 11D 所示将多个谐振器 122a-122d 耦合到公共锚 168。 在这一实施例中， 谐振器阵列 120 如上文 针对图 19I 所示的谐振器阵列 120 所述那样工作， 使得谐振器 122a-122d 的第一振动状态 与图 19B-19D 所示的第一振动状态相同或相似， 第二振动状态与图 19E-19G 所示的第二振 动状态相同或相似。 就此而言， 在第一振动状态下， 第一和第四体模式谐振器 122a、 122d、 谐 振器耦合部分 126、 锚耦合部分 166a( 包括应力 / 应变机构 172a) 和基底锚 168 的状态可 以与图 21D 所示的状态相同或相似。在第二振动状态下， 第一和第四体模式谐振器 122a、 122d、 谐振器耦合部分 126、 锚耦合部分 166a( 包括应力 / 应变机构 172a) 和基底锚 168 的 状态可以与图 21E 所示的状态相同或相似。
在另一实施例中， 谐振器阵列 120 包括与图 20A-20B 所示的单端驱动和单端感测 构造相同或相似的单端驱动和单端感测构造。
例如， 参考图 21G， 在一个实施例中， 如图 20A-20B 所示， 谐振器阵列 120 包括多个 谐振器 122a-122d、 多个谐振器耦合部分 126、 多个电极 180a-180p、 单端驱动电路 198 和单 端感测电路 202， 而且多个锚耦合部分 166a-166d 分别具有应力 / 应变机构 172a-172d， 以 如图 11D 所示将多个谐振器 122a-122d 耦合到公共锚 168。在一个实施例中， 谐振器阵列 120 如上文针对图 20A-20B 所示的谐振器阵列 120 所述那样工作。
如上所述， 多个电极 180a-180p 中的每一个可以具有任何适当的构造 ( 例如尺寸、 形状 ) 和定位。于是， 例如， 一些实施例可以采用形状和 / 或尺寸与图 18A-18G、 19A-19G 和 20A-20B 所示的一个或多个电极的形状和 / 或尺寸不同的一个或多个电极。一些实施例可 以采用布置于与图 18A-18G、 19A-19I 和 20A-20B 所示一个或多个电极位置不同的位置的一 个或多个电极。
例 如， 参 考 图 21H-21I， 在 一 个 实 施 例 中， 谐振器阵列包括多个体模式谐振 器 122a-122d、 多 个 谐 振 器 耦 合 部 分 126 和 多 个 电 极 180a-180p( 包 括 第 一 多 个 电 极 180a-180d、 第 二 多 个 电 极 180e-180h、 第 三 多 个 电 极 180i-180l 和 第 四 多 个 电 极 180m-180p)， 而且多个锚耦合部分 166a-166d 分别具有应力 / 应变机构 172a-172d， 以如图 11D 所示将多个谐振器 122a-122d 耦合到公共锚 168。
在另一实施例中， 谐振器阵列 120 还包括与图 19A-19H、 图 19I 和 / 或图 20A-20B 所示的驱动和感测构造相同或相似的驱动和感测构造。
例如， 参考图 21J-21L， 在一个实施例中， 谐振器阵列包括多个体模式谐振器122a-122d、 多个谐振器耦合部分 126、 多个电极 180a-180p、 驱动电路 183 和感测电路 186， 而且多个锚耦合部分 166a-166d 分别具有应力 / 应变机构 172a-172d， 以如图 11D 所示将 多个谐振器 122a-122d 耦合到公共锚 168。在这一实施例中， 谐振器阵列 120 如上文针对 图 19A 所示的谐振器阵列 120 所述那样工作， 使得谐振器 122a-122d 的第一振动状态与图 19B-19D 所示的第一振动状态相同或相似， 第二振动状态与图 19E-19G 所示的第二振动状 态相同或相似。图 21K 示出了处于与图 19B-19D 所示的第一振动状态对应的状态下的谐振 器阵列 120 的一部分。图 21L 示出了处于与图 19E-19G 所示的第二振动状态对应的状态下 的谐振器阵列 120 的一部分。
在一个实施例中， MEMS 谐振器阵列 120 采用温度管理技术以便管理和 / 或控制谐 振器 122 的 Q 因数。就此而言， 在谐振器膨胀和收缩时， 在一个或多个区域膨胀时这种区域 中可能会发生轻微的冷却， 在一个或多个区域收缩时这种区域中可能会发生轻微发热。这 种冷却和 / 或发热可能导致热梯度， 热梯度会造成热 (“热流” )从 “较热” 侧扩散到 “较冷” 侧。热的扩散 (“热流” ) 可能导致能量损耗， 这可能会影响到 ( 例如， 减小 ) 谐振器 122 的 Q 因数。常常将这种效果称为热弹性损耗 (“TED” )， 这可能是谐振结构 Q 因数的支配性限 制。这样一来， 实施温度管理技术以便管理、 控制、 限制、 最小化和 / 或减小 TED 可能是有利 的。
参考图 22A， 在一个温度管理实施例中， 在谐振器 122 的一个或多个部分中形成槽 210。槽 210 抑制 / 减少谐振器 122 和 / 或 MEMS 谐振器阵列 122 之内的热流。抑制 / 减少 谐振器 122 和 / 或 MEMS 谐振器阵列 122 之内的热转移可以导致谐振器 122 和 MEMS 谐振器 阵列 120 更高的 Q 因数。必须要指出， 利用槽的温度管理方法会影响锚定点处零运动的优 化， 设计时必须要加以考虑 ( 例如， FEA)。
可以在一个或多个谐振器 122 的一个或多个部分中采用温度管理技术 ( 例如， 参 见图 22A-22D)。除此之外， 或作为其替代， 也可以在锚耦合部分 166 中实施温度管理技术 ( 例如， 参见图 23A-23D)。槽 210 可以是任何形状的， 例如， 包括正方形、 矩形、 圆形、 椭圆形 和 / 或卵形。实际上， 可以将几何上或其他方面中任何形状的槽 210 并入一个或多个谐振 器 122 和 / 或一个或多个锚定耦合部分 166 中。需要指出， 槽 210 也可能改变谐振器 122 和 / 或锚定耦合部分 166 的刚度。
需要指出， 在一些实施例中， 一个或多个谐振器可以包括至少一个开口、 空隙或槽 以改善可制造性 ( 例如， 在开口、 空隙或槽延伸通过谐振器整个高度 / 厚度的那些情况下， 更快地释放机械结构 )。 在一些实施例中， 也可以使用至少一个开口、 空隙或槽中的一个、 一 些或全部来改善温度管理。 在一些其他实施例中， 不使用至少一个开口、 空隙或槽的任一个 来改善温度管理。于是， 在一些实施例中， 可以采用开口、 空隙或槽来改善温度管理和 / 或 改善可制造性。
这里描述和例示了很多发明。 尽管已经描述和图示了本发明的某些实施例、 特征、 材料、 配置、 属性和优点， 但显然， 从描述、 例示和权利要求， 本发明很多其他以及不同和 / 或类似的实施例、 特征、 材料、 配置、 属性、 结构和优点是显而易见的。 这样一来， 这里描述和 图示的发明实施例、 特征、 材料、 配置、 属性、 结构和优点不是穷举的， 应理解本发明这种其 他、 类似以及不同的实施例、 特征、 材料、 配置、 属性、 结构和优点在本发明范围之内。
需要指出， 尽管本发明描述的重要部分是在例如图 3A-3B 所示具有多个体模式谐振器 ( 每个体模式谐振器在静止状态下均具有正方形形状 ) 的 MEMS 谐振器阵列的语境中 阐述的， 根据本发明的 MEMS 谐振器阵列可以包括任何几何形状谐振器架构或结构的谐振 器。这里相对于具有正方形形状和 / 或任何其他形状的谐振器论述的所有特征、 实施例和 备选方案适用于根据本发明具有其他形状的谐振器， 尽管除非另有说明， 谐振器不限于这 种特征、 实施例和备选方案。为了简洁的缘故， 将不再重复那些论述。
例如， 如上所述， 在一个实施例中， MEMS 谐振器阵列可以包括一个或多个具有三角 形形状的谐振器， 例如， 如图 3C 和图 24A-24D 所示。在另一实施例中， 根据本发明一个或多 个方面的 MEMS 谐振器阵列可以包括一个或多个具有圆角正方形形状的谐振器， 例如， 如图 3D 和 25A-25C 所示。在另一实施例中， MEMS 谐振器阵列可以包括一个或多个具有圆角三角 形形状的谐振器， 例如， 如图 3E 和 26A-26B 所示。
此外， 这里相对于具有多个正方形形状的谐振器的 MEMS 谐振器阵列 100 论述的所 有特征、 实施例和备选方案适用于根据本发明包括具有其他形状的谐振器的 MEMS 谐振器 阵列， 尽管除非另有说明， 谐振器阵列不限于这种特征、 实施例和备选方案。为了简洁的缘 故， 将不再重复那些论述。
在一些实施例中， MEMS 谐振器阵列可以包括多个具有不同形状的谐振器 122。例 如， 参考图 27A， 在一个实施例中， MEMS 谐振器阵列包括机械耦合到正方形形状的谐振器 122b 的三角形形状的谐振器 122a。参考图 27B， 在另一个实施例中， 谐振器阵列 120 包括 三角形形状的谐振器 122a、 正方形形状的谐振器 122b、 三角形形状的谐振器 122c 和正方形 形状的谐振器 122d， 其中三角形形状的谐振器 122a、 122c 机械耦合到正方形形状的谐振器 122b、 122d。
这里相对于具有多个正方形形状的谐振器的 MEMS 谐振器阵列 120 论述的所有特 征、 实施例和备选方案适用于包括具有两种或更多不同形状的多个谐振器 122 的 MEMS 谐振 器阵列， 尽管除非另有说明， 谐振器阵列不限于这种特征、 实施例和备选方案。为了简洁的 缘故， 将不再重复那些论述。
此外， MEMS 谐振器阵列可以采用现在已知或今后开发的任何感测和驱动技术。驱 动和感测电路 ( 无论是否差分 ) 可以集成于阵列的谐振器所在 ( 或制造于其中 ) 的同一基 底上。除此之外， 或作为其替代， 驱动和感测电路可以集成于和谐振器所在基底物理隔离 ( 并与之电互连 ) 的基底上。 此外， 驱动和感测电极可以是常规类型的或可以是任何类型和 / 或形状的， 无论是现在已知的或后来开发的。
需要指出， 可以使用多种技术来确定根据本发明的谐振器和 MEMS 谐振器阵列的 尺度、 特征和 / 或参数， 所述技术包括有限元建模和模拟技术 ( 例如， 经由计算机驱动的分 析引擎， 例如 FEMLab(Consol 出品 )、 ANSYS(ANSYS INC.)IDEAS 和 / 或 ABAKUS 和 / 或经验 数据 / 测量实施的有限元建模 )。例如， 可以采用利用或基于一组边界条件 ( 例如， 谐振器 结构的尺寸 ) 的有限元建模引擎来设计、 确定和 / 或评估 (i) 谐振器块 122， (ii) 负载释放 机构 162， (iii) 节点 114( 如果有的话 )， (iv) 锚耦合部分 166 和 / 或 (v) 应力 / 应变机 构 172 的尺度、 特征和 / 或参数。实际上， 也可以利用这种有限元建模、 模拟和分析引擎来 观察和 / 或确定谐振器 122( 单独的或并入 MEMS 谐振器阵列 120 中 ) 对锚和 / 或基底上或 那里的影响和 / 或响应。
如上所述， 也可以采用有限元分析和模拟引擎来设计和 / 或确定任何节点的位置。这种节点可以提供适当位置， 可以将 MEMS 谐振器阵列 120( 和 / 或一个或多个谐振器 122) 在该位置锚定到基底， 而具有预定、 最小和 / 或减少的能量损耗 ( 等 )。就此而言， 在 被诱发时， 谐振器 122 在振动期间膨胀和收缩。这样一来， 谐振器块 122 的尺寸和 / 或形状 可以确定谐振器 122( 在并入 MEMS 谐振器阵列 120 中时 ) 的节点 ( 如果有的话 ) 的位置， 由此几乎没有， 没有或减少了由于膨胀和收缩振动模式导致的旋转运动。可以采用有限元 分析引擎来基于 MEMS 谐振器阵列 120 的每个谐振器 122 的给定尺寸和 / 或形状来设计、 确 定或预测这种节点的位置。通过这种方式， 可以迅速确定和 / 或识别用于锚定 MEMS 谐振器 阵列 120 和 / 或一个或多个谐振器 122、 呈现出可接受的预定和 / 或几乎没有或没有运动 ( 径向和 / 或其他方面 ) 的位置。
此外， 也可以采用经验方法 ( 除有限元分析等方法之外或作为替代 ) 来设计、 定 义和 / 或评估 (i) 谐振器块 122， (ii) 负载释放机构 162， (iii) 节点 114( 如果有的话 )， (iv) 锚耦合部分 166 和 / 或 (v) 应力 / 应变机构 172 的尺度、 特征和 / 或参数。可以在一 个或多个谐振器 122 和 / 或 MEMS 谐振器阵列 120 的语境中实施这种经验方法。
如上所述， 在 MEMS 谐振器阵列 120 的语境中， 可以采用利用或基于一组边界条件 ( 例如， 谐振器结构的尺寸 ) 的有限元分析和模拟引擎来设计、 确定和 / 或评估 (i) 谐振器 122， 和 / 或 (ii) 谐振器 122 的节点 114( 如果有的话 )， 和 / 或 (iii) 负载释放机构 162、 (iv) 锚耦合部分 166 和 / 或 (v) 应力 / 应变机构 172 的尺度、 特征和 / 或参数。
此外， 可以采用热 - 机械有限元分析引擎来加强工作期间谐振器 122 和 / 或锚定 耦合部分 166 的任何温度考虑。就此而言， 热 - 机械有限元分析引擎可以对 MEMS 谐振器阵 列 120 和 / 或谐振器 122 的运行建模， 由此确定要在谐振器 122 和 / 或锚定耦合部分 166 中实现的槽尺寸、 位置、 尺度和数量。通过这种方式， 可以增强和 / 或优化其中实施有温度 管理技术的 MEMS 谐振器阵列 120 和 / 或谐振器 122 的特性， 并使 TED 损耗最小化和 / 或减 少。
于是， 如上所述， 可以利用有限元建模 (FEM) 对本发明的结构的很多属性进行优 化， 有限元建模又称为 “FEA” 或 “FE 分析” 。
谐振器 122 可以包括或不包括相同或基本相同的尺度 / 设计 ( 即， 具有相同或基 本相同的宽度、 厚度、 高度、 长度和 / 或形状 )。这样一来， 阵列 120 的谐振器 122 可以具有 不同尺度、 形状和 / 或设计。
可以使用公知技术用公知材料制造根据本发明一个或多个方面的 MEMS 谐振器阵 列。例如， 可以用诸如硅、 锗、 硅 - 锗或砷化镓的公知半导体制造 MEMS 谐振器阵列 ( 包括其 构成部分 )。实际上， MEMS 谐振器阵列可以由如下材料构成， 例如周期表中的 IV 族材料， 例 如硅、 锗、 碳； 还有这些材料的组合， 例如硅锗或碳化硅 ； 还有 III-V 族化合物， 例如磷化镓、 磷化铝镓或其他 III-V 族组合 ； 还有 III、 IV、 V 或 VI 族材料的组合， 例如， 氮化硅、 氧化硅、 碳化铝或氧化铝 ； 还有金属硅化物、 锗化物和碳化物， 例如硅化镍、 硅化钴、 碳化钨或硅化铂 锗； 还有掺杂变化， 包括掺杂了磷、 砷、 锑、 硼或铝的硅或锗、 碳或像硅锗的组合 ； 还有具有 各种晶体结构的这些材料， 包括单晶、 多晶、 纳米晶体或非晶体 ； 还有晶体结构的组合， 例如 具有单晶和多晶结构区域 ( 掺杂或不掺杂 )。
此外， 可以使用公知的光刻、 蚀刻、 沉积和 / 或掺杂技术在绝缘体上半导体 (SOI) 基底中或上形成根据本发明一个或多个方面的 MEMS 谐振器阵列。出于简洁的原因， 在这里不再论述这种制造技术。 不过， 无论是现在已知或今后开发的， 用于形成或制造本发明的谐 振器结构的所有技术都意在落在本发明的范围之内 ( 例如， 使用标准或过尺寸 (“厚” )晶 片的公知形成、 光刻、 蚀刻和 / 或沉积技术 ( 未示出 ) 和 / 或键合技术 ( 即， 将两个标准晶 片键合在一起， 其中下方 / 底部晶片包括设置于其上的牺牲层 ( 例如氧化硅 ) 且之后对上 方 / 顶部晶片减薄 ( 研磨减薄 ) 并抛光以在其中或上方接收机械结构 ))。
需要指出， SOI 基底可以包括第一基底层 ( 例如， 半导体 ( 例如硅 )、 玻璃或蓝宝 石 )、 第一牺牲 / 绝缘层 ( 例如二氧化硅或氮化硅 ) 和设置于牺牲 / 绝缘层上或上方的第一 半导体层 ( 例如， 硅、 砷化镓或锗 )。可以使用公知的光刻、 蚀刻、 沉积和 / 或掺杂技术在第 一半导体层 ( 例如， 诸如硅、 锗、 硅 - 锗或镓 - 砷化物的半导体 ) 中或上形成机械结构。
在一个实施例中， SOI 基底可以是利用公知技术制造的 SIMOX 晶片。在另一实施 例中， SOI 基底可以是具有第一半导体层的常规 SOI 晶片。就此而言， 可以使用体硅晶片制 造具有较薄第一半导体层的 SOI 基底， 通过氧对体硅晶片进行注入和氧化， 由此在单晶晶 片表面之下或下方形成较薄的 SiO2。在这一实施例中， 第一半导体层 ( 即， 单晶硅 ) 设置于 第一牺牲 / 绝缘层 ( 即， 二氧化硅 ) 上， 第一牺牲 / 绝缘层设置于第一基底层 ( 在本范例中 即单晶硅 ) 上。
在 MEMS 谐振器阵列的谐振器制造于多晶硅或单晶硅中或上的那些情况下， 根据 本发明的某些几何形状的谐振器结构， 例如， 圆角正方形形状的谐振器， 可以利用多晶硅或 单晶硅维持结构和材料的对称性。具体而言， 根据本发明的圆角正方形形状的谐振器可能 固有地与单晶硅的立方体结构更兼容。在标准晶片的每个横向正交方向 ( 例如 100、 010 或 110) 上， 可以将单晶硅的性质与一个或多个几何形状的谐振器匹配。 就此而言， 单晶硅的晶 体性质可以与一种或多种几何形状的谐振器结构具有相同或适当的对称性。
可以使用多种技术和材料来封装根据本发明一个或多个方面的 MEMS 谐振器阵列 120， 例如， 薄膜技术、 基底键合技术 ( 例如， 键合半导体或玻璃状基底 ) 和预制封装 ( 例如， TO-8“罐” )。实际上， 可以采用任何封装和 / 或制造技术， 无论是现在已知的或今后开发 的； 这样一来， 所有这种制造和 / 或封装技术都意在落在本发明范围之内。例如， 可以实施 以下专利申请公开和专利中描述和例示的系统、 装置和 / 或技术 ：
(1)2003 年 3 月 20 提交并被分配序号 No.10/392,528， 题为 “Electromechanical System having a Controlled Atmosphere， and Method of Fabricating Same” 的非临时 专利申请的美国专利申请公开 No.20040183214 ；
(2)2003 年 6 月 4 提 交 并 被 分 配 序 号 No.10/454,867， 题 为 “Microelectromechanical Systems， and Method of Encapsulating and Fabricating Same” 的非临时专利申请的美国专利申请公开 No.20040248344 ； 以及
(3)2003 年 6 月 4 日 提 交 并 被 分 配 序 号 No.10/455,555， 题 为 “Microelectromechanical Systems Having Trench Isolated Contacts， and Methods of Fabricating Same” ， 授予 Partridge 等人的美国专利 No.6,936,491。
可以采用上述专利申请公开和专利中描述和图示的发明来制造本发明的谐振器 和阵列。为了简洁的缘故， 将不再重复那些论述。不过， 要明确指出， 通过引用将上述专利 申请公开全部内容并入本文， 包括例如所有发明 / 实施例的特征、 属性、 备选方案、 材料、 技 术和 / 或优点， 尽管除非另有说明， 本发明的各方面和 / 或实施例不限于这些特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点。
在一些实施例中， 谐振器 122 的重心在工作期间保持相对静止或固定。例如， 在一 些实施例中， 谐振器 122 具有被对称锚定的正方形形状和 / 或圆角正方形形状谐振器结构 ( 例如， 参见图 8A、 9B、 13A)， 在工作期间结构的重心可以保持相对静止或固定。在一些实施 例中， 谐振器 122 可以对高斯过程公差进行统计学平均， 这可以实现更好的参数控制。例 如， 在一些实施例中， 谐振器 122 具有正方形形状和 / 或圆角正方形形状， 具有正方形形状 和 / 或圆角正方形形状谐振器结构的谐振器 122 可以对高斯过程公差进行统计学平均， 这 可以实现更好的参数控制。
如上所述， MEMS 谐振器阵列 120 可以采用任何锚定技术或锚结构， 无论是现在已 知的还是今后开发的。此外， 可以结合这里所述和图示和 / 或现在已知或今后开发的任何 锚定技术或锚结构来实现应力 / 应变管理技术 / 结构 ( 例如， 应力 / 应变机构 172)。例如， 可以将基底锚和 / 或应力 / 应变管理技术 / 结构放置在一个或多个谐振器 122 的一个、 一 些或全部节点 ( 如果有的话 ) 和 / 或锚处。其他基底锚定 - 应力 / 应变管理技术也可能是 适当的。实际上， 可以通过对称或不对称方式在非节点处将谐振器 122 耦合到基底锚 ( 和 应力 / 应变机构 172)。需要指出， 可以结合这里描述和图示的任何实施例来实施锚定 - 应 力 / 应变管理技术。 ( 例如， 参见图 11A-11F、 12A-12C、 13A-13B、 14B、 14D、 15B、 15D、 16B、 17B、 21A-21L、 21A-21B、 22A-22D、 23A-23D 和 28A-28F)。
此外， 也可以结合这里描述和例示的任何实施例来实施负载释放技术 / 结构 ( 例 如， 负载释放机构 162)。( 例如， 参见图 4H-4J、 5A-5B、 14C-14D、 15C-15D、 28A-28F)。
进一步应当指出， 尽管已经在包括微机械结构或元件的微机电系统的语境中描述 了本发明的各方面和 / 或实施例， 但本发明不限于此。相反， 这里描述的发明适用于包括例 如纳米机电系统的其他机电系统。 在那一点上， 除非另行指出， 如下文中和权利要求中使用 的， 术语 “微机械结构” 包括微机械结构、 纳米机械结构及其组合。
如这里使用的， 术语 “部分” 包括， 但不限于整体结构的一部分和 / 或与一个或多 个其他部分形成整个元件或组件的分立一部分或多部分。 例如， 一些结构可以是单片构造， 或可以由两个或更多分立片形成。如果结构是单片构造， 整个一片可以具有一个或多个部 分 ( 即， 任意数量的部分 )。 此外， 如果单片具有超过一个部分， 在各部分之间可以有或没有 任何类型的划界。如果结构是分立片构造， 可以将每片称为部分。此外， 这种分立片中的每 一个可以自己具有一个或多个部分。 也可以将集体代表结构的一部分的一组分立片统称为 部分。如果结构是分立片构造， 每片可以物理接触或不接触一个或多个其他片。
此外， 在权利要求中， 术语 “槽” 表示任何形状和 / 或尺寸的开口、 空隙和 / 或槽 ( 无论是部分还是完全延伸通过细长梁部分或弯曲部分的整个高度 / 厚度 )。此外， 在权利 要求中， 术语 “空隙” 表示任何形状和 / 或尺寸的开口、 空隙和 / 或槽 ( 无论是部分还是完 全延伸通过谐振器耦合部分的整个高度 / 厚度 )。
此外， 除非另有说明， 诸如 “响应于” 和 “基于” 的术语分别表示 “至少响应于” 和 “至少基于” ， 以免不包括响应于和 / 或基于超过一个事项。
此外， 除非另有说明， 短语 “差分信号” ， 例如， 如在短语差分驱动信号、 差分感测信 号和差分输出信号中使用的， 表示包括第一信号和第二信号的信号。
此外， 除非另有说明， 诸如 “包括” 、 “具有” 、 “包含” 的术语及其所有形式都被视为开放的， 以免排除额外的元素和 / 或特征。
此外， 除非另有说明， 诸如 “一” 、 “第一” 的术语均被视为开放的。
需要指出， 可以单独地， 结合这里公开的任何其他方面和 / 或实施例， 或其部分， 和 / 或结合现在已知或今后开发的任何其他结构和 / 或方法或其部分采用这里公开的任何 方面和 / 或实施例或其部分。
可以在各式各样的应用中实施本发明的各方面和 / 或实施例， 例如， 其中采用谐 振器或振子的定时或时钟装置或时钟对准电路。 实际上， 例如， 可以在采用时钟信号或基准 时钟的任何系统或装置中实施本发明的各方面和 / 或实施例， 例如， 在数据、 卫星和 / 或无 线通信系统 / 网络、 移动电话系统 / 网络、 蓝牙系统 / 网络、 zig bee 系统 / 网络、 手表、 实 时时钟、 机顶盒和系统 / 及其网络、 计算机系统 ( 例如， 膝上计算机、 PC 和 / 或手持装置 )、 电视和系统 / 及其网络、 消费电子设备 ( 例如 DVD 播放器 / 录制器、 MP3、 MP2、 DIVX 或类似 的音频 / 视频系统 ) 中采用。
尽管已经描述了各种实施例， 但不应以限制性含义来解释这种描述。因此， 例如， 这里描述的各实施例并非意在穷举或将发明限制到公开的精确形式、 技术、 材料和 / 或配 置。从描述、 例示和 / 或下面给出的权利要求中， 其他实施例将变得显而易见， 其他实施例 可以与这里描述的实施例不同和 / 或相似。应当理解， 在不偏离本发明的范围的情况下， 可 以采用其他实施例， 并且可以做出操作性改变。根据以上教导， 很多修改和变化都是可能 的。因此， 意图是本发明的范围不仅仅受限于这一详细描述。