MEMS 谐振器结构以及结合所述谐振器结构使用的方法 相关申请的交叉引用
本申请要求享有 2007 年 12 月 18 日提交的发明名称为 “MEMSRESONATOR STRUCTURE AND METHOD” 的美国申请 No.12/002,936 的优先权， 在此通过引用将其全文并入。
技术领域 本发明涉及微机电或纳米机电谐振器结构以及结合所述谐振器结构使用的方法。
通常， 高品质 ( “Q” ) 因数的微机电谐振器被认为是频率参考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， 这可能又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。其中需要具有增 加的驱动和 / 或信号电容的微机电和 / 或纳米机电谐振器， 以增加谐振器的信号强度， 稳定 性和 / 或 “Q” 因数。
发明内容
这里描述和说明了许多发明。本发明既不局限于任何单个方面也不局限于实施 例， 也不局限于这样的方面和 / 或实施例的任意组合和 / 或置换。而且， 可以单独采用或者 结合本发明和 / 或实施例的其它方面中的一个或者多个采用本发明的每个方面和 / 或实施 例。出于简化目的， 这里将不单独讨论许多这样的置换和组合。
这里描述和说明了许多发明。本发明既不局限于任何单个方面也不局限于实施 例， 也不局限于这样的方面和 / 或实施例的任意组合和 / 或置换。而且， 可以单独采用或者 结合本发明和 / 或实施例的其它方面中的一个或者多个采用本发明的每个方面和 / 或实施 例。出于简化目的， 这里将不单独讨论许多这样的置换和组合。
在本发明的一个方面中， 一种微机电谐振器包括以体模式振动的谐振器块， 所述 振动包括所述谐振器块至少部分沿第一方向和第二方向中的至少一个方向收缩的第一状 态， 并且其中在所述第一状态下， 所述谐振器块至少部分沿第三方向和第四方向中的至少 一个方向膨胀， 所述第二方向与所述第一方向相反， 所述第四方向与所述第三方向相反， 其 中， 所述谐振器块包括 ： 第一多个区域， 所述第一多个区域分别具有密度 ； 以及第二多个区 域， 所述第二多个区域分别具有密度， 其中所述第二多个区域中的每一个区域的所述密度 与所述第一多个区域中的每一个区域的所述密度不同 ； 并且其中将所述第二多个区域设置 为非均匀结构。
而且， 这里描述和说明了许多发明。该发明内容部分并非穷举本发明的范围。而 且， 该发明内容部分并非旨在限制本发明并且不应该按照这种方式进行解释。 因而， 尽管在 该发明内容部分中描述和 / 或概括了某些方面和实施例， 但是应该理解， 本发明并非局限 于这样的方面、 实施例、 描述和 / 或概括。实际上， 根据下面的描述、 说明和 / 或权利要求， 与在本发明内容部分中提供的方面和实施例不同和 / 或类似的许多其它方面和实施例将 变得显而易见。此外， 尽管在该发明内容部分中描述了各种特征、 属性和优点和 / 或根据该发明 部分而使各种特征、 属性和优点变得明显， 但是应该理解， 不要求这样的特征、 属性和优点， 并且除非以其它方式表明， 这样的特征、 属性和优点不需要存在于本发明的方面和 / 或实 施例中。
而且， 通过下面的详细描述和附图， 本发明的一个或者多个方面和 / 或实施例的 各种目的、 特征和 / 或优点将变得更加明显。然而应该理解， 不要求任何这样的目的、 特征 和 / 或优点， 并且除非以其它方式说明， 这样的目的、 特征和 / 或优点不需要存在于本发明 的方面和 / 或实施例中。
应该理解， 在该发明内容中描述但是没有在随后的权利要求中呈现的本发明的各 方面和实施例被保留用于提供在一个或者多个分案 / 接续专利申请中。还应该理解， 没有 在该发明内容部分描述并且也没有在随后的权利要求中呈现的本发明的全部方面和 / 或 实施例也被保留用于提供在一个或者多个分案 / 接续专利申请中。 附图说明 在下面的详细描述过程中， 将参考附图。 这些附图示出了本发明的不同方面， 并且 在适当的时候， 以类似方式标注不同附图中说明相似结构、 部件、 材料和 / 或元件的附图标 记。应理解， 想到了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， 并且它 们在本发明的范围之内。
图 1A 是一种类型的微机电谐振器装置处于静止状态下的示意性俯视图 ；
图 1B 是图 1A 的谐振器处于第一振动状态下的示意性俯视图， 其中与所述静止状 态相比， 所述谐振器沿第一轴收缩并且沿第二轴膨胀 ；
图 1C 是图 1A 的谐振器处于第二振动状态下的示意性俯视图， 其中与所述静止状 态相比， 所述谐振器沿第一轴膨胀并且沿第二轴收缩 ；
图 2A 是根据本发明某些方面处于静止状态下的谐振器的示意性俯视图 ；
图 2B 是图 2A 的谐振器处于静止状态下的谐振器块的部分的放大的示意性俯视 图；
图 2C 是图 2A 的谐振器处于静止状态下的一部分的示意性透视图 ；
图 2D 是图 2A 的谐振器处于静止状态下的一部分的放大的示意性透视图 ；
图 2E 是图 2A 的谐振器处于第一振动状态下的示意性俯视图 ；
图 2F 是图 2A 的谐振器处于第二振动状态下的示意性俯视图 ；
图 2G 是说明图 2A 的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图， 所述谐振器 处于第一振动状态下， 以及说明处于静止状态下的所述谐振器块的轮廓的示意性俯视图 ；
图 2H 是说明图 2A 的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图， 所述谐振器 处于第二振动状态下， 以及说明处于静止状态下的所述谐振器块的轮廓的示意性俯视图 ；
图 3A 是根据本发明另一实施例的 MEMS 谐振器的示意性俯视图 ；
图 3B 是图 3A 的 MEMS 谐振器处于静止状态下的一个实施例的示意性俯视图 ；
图 3C 是图 3B 的 MEMS 谐振器的谐振器块处于静止状态下的一个实施例的放大的 示意性俯视图 ；
图 3D 是说明图 3A 的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图， 所述谐振器
处于第一振动状态下， 以及说明处于静止状态下的谐振器块的轮廓的示意性俯视图 ；
图 3E 是说明图 3A 的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图， 所述谐振器 处于第二振动状态下， 以及说明处于静止状态下的谐振器块的轮廓的示意性俯视图 ；
图 4A 是根据本发明某些方面的谐振器的谐振器块和电极的一个实施例的示意性 俯视图， 结合根据本发明某些方面可以与其一起采用的驱动电路和感测电路的一个实施例 的示意性方框图 ；
图 4B 是根据本发明某些实施例的图 4A 的感测电路和驱动电路的一个实施例的示 意性方框图 ；
图 4C 是根据本发明某些方面的谐振器的谐振器块和电极的一个实施例的示意性 俯视图， 结合根据本发明某些方面可以与其一起采用的驱动电路和感测电路的另一个实施 例的示意性方框图 ；
图 4D 是根据本发明某些实施例的图 4C 的感测电路和驱动电路的实施例的示意性 方框图 ；
图 5A 是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的示意性俯视图 ；
图 5B 是图 5A 的谐振器处于第一振动状态下的示意性俯视图 ； 图 5C 是图 5A 的谐振器处于第二振动状态下的示意性俯视图 ；
图 6A 是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的示意性俯视图 ；
图 6B 是图 6A 的 MEMS 谐振器处于静止状态下的一个实施例的示意性俯视图 ；
图 6C 是图 6A 的谐振器的示意性俯视图， 所述谐振器处于第一振动状态下 ；
图 6D 是图 6A 的谐振器的示意性俯视图， 所述谐振器处于第二振动状态下 ；
图 7A 是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的一部分的放大的示意 性俯视图 ； 以及
图 7B 是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的一部分的放大的示意 性俯视图。
具体实施方式
存在这里描述和说明的许多发明。在本发明的一个方面中， 谐振器包括具有非 均质结构的谐振器块， 该非均质谐振器块为谐振器块提供在位置和方向上都变化的刚度 (stiffness)， 以使得在振动期间所述谐振器块表现出有助于增加所述谐振器的感测电容、 信号强度、 稳定性和 / 或 “Q” 因数的形状。
值得注意的是， 本发明是在微机电系统的语境中描述的。 然而， 本发明并不局限于 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它机电系统。因而， 本发明涉 及实现本发明的谐振器架构中的一个或多个的微机电和纳米机电 ( 在下文中除非专门给 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。
存在几种类型的公知微机电谐振器装置。图 1A 说明了一种这样类型的谐振器装 置 20 的俯视图。该谐振器装置 20 包括经由耦合 (coupling)26a-26d 和锚 28a-28d 锚定到 基底 24 的谐振器块 22。谐振器块 22 包括四个外表面 30a-30d。
在非工作 ( 静止 ) 状态下， 谐振器块 22 具有如图所示的大致方形形状。在这种状 态下， 表面 30a、 30c 与沿第一和第二方向 32a、 32b 延伸的第一参考轴 32 平行。表面 30b、30d 与沿第三和第四方向 34a、 34b 延伸的第二参考轴 34 平行。
四个外表面 30a-30d 限定了四个角 36a-36d。例如， 第四外表面 30d 的第一端和 第一外表面 30a 的第一端限定第一角 36a。第一外表面 30a 的第二端和第二外表面 30b 的 第一端限定第二角 36b。第二外表面 30b 的第二端和第三外表面 30c 的第一端限定第三角 36c。第三外表面 30c 的第二端和第四外表面 30d 的第二端限定第四角 36d。
谐振器块 22 还包括多个开口 37。在制造谐振器 20 期间， 开口 37 有助于从谐振器 块 22 下方蚀刻和 / 或去除牺牲材料， 使得谐振器块 22 如下所述自由振动。
谐振器还包括分别与外表面 30a-30d 并排设置并且平行的四个电极 38a-38d。电 极 38a-38d 中的每一个与各自外表面 30a-30d 间隔开一间隙。例如， 第一电极 38a 与外表 面 30a 间隔开间隙 40a。第二电极 38b 与外表面 30b 间隔开间隙 40b。第三电极 38c 与外 表面 30c 间隔开间隙 40c。第四电极 38d 与外表面 30d 间隔开间隙 40d。在非工作的静止 状态下， 谐振器块 22 大致在四个电极 38a-38d 之间居中， 并且间隙 40a-40d 在尺寸上大致 相等。
电极 38a-38d 和谐振器块 22 共同限定四个电容。例如， 第一电极 38a 和谐振器块 22 限定第一电容。第二电极 38b 和谐振器块 22 限定第二电容。第三电极 38c 和谐振器块 22 限定第三电容。第四电极 38d 和谐振器块 22 限定第四电容。 在所说明的实施例中， 将电极中的两个， 例如第一和第二电极 38a、 38b， 用作驱动 电极。 另外两个电极， 例如第三和第四电极 38c、 38d， 用作感测电极。 在工作中， 两个驱动电 极， 例如第一和第二电极 38a、 38b， 分别经由信号线 42a、 42b 接收差分激励信号 D+、 D-。激 励信号诱发时变的静电力， 该静电力使得谐振器块 22 振动。
如下文进一步描述的， 谐振器 22 在平面内以体声模式 ( 经常被称为 “体模式” )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。如果谐振器 22 具有高 “Q” ( 品质因数 ) 因数， 则振动期间谐振器 22 的形状主要取决于谐振器 22 的特性。
除非以其它方式指明， 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， 固体可以沿至少一个方向 / 尺度 ( 例如， “x” 方向 ) 收缩， 并沿至少一个方向 / 尺度 ( 例如， “y” 和/或 “z” 方向 ) 膨胀。固体可以沿至少一个方向 / 尺度 ( 例如， “x” 方向 ) 膨胀， 并沿至少一个方向 / 尺度 ( 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 )。
值得注意的是， 尽管下面的论述描述了沿一个方向的收缩 / 膨胀， 但谐振器可以 沿多于一个方向 / 尺度 ( 例如， 在 “x” 和 “y” 方向上同时 ) 膨胀和 / 或收缩。在这一实施 例中， 在可能对高频下较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， 除非以其它方 式指明， 短语 “体模式谐振器” 表示以体模式振动的谐振器。
参照图 1B， 在第一振动阶段中， 谐振器块 22(i) 沿第一和第二方向 32a、 32b 收缩， 并 (ii) 沿第三和第四方向 34a、 34b 膨胀， 产生谐振器块 22 的第一状态。沿第一和第二方 向 32a、 32b 的收缩导致第二和第四间隙 40b、 40d 尺寸增大。沿第三和第四方向 34a、 34b 的 膨胀导致第一和第三间隙 40a、 40c 尺寸减小。为了比较， 虚线 30a′ -30d′分别示出了在
静止状态下表面 30a-30d 的形状和位置。
参照图 1C， 在第二振动阶段中， 谐振器块 22(i) 沿第一和第二方向 32a、 32b 膨胀， 并 (ii) 沿第三和第四方向 34a、 34b 收缩， 产生谐振器块 22 的第二状态。沿第一和第二方 向 32a、 32b 的膨胀导致第二和第四间隙 40b、 40d 尺寸减小。沿第三和第四方向 34a、 34b 的 收缩导致第一和第三间隙 40a、 40c 尺寸增大。
振动在感测电极， 例如第三和第四电极 38c、 38d， 以及耦合到其上的信号线 42c、 42d 处产生表示该振动的差分信号 S+、 S-。差分信号 S+、 S- 可以例如是差分电压和 / 或差 分电流的形式。例如， 在第一振动阶段中， 第四间隙 40d 尺寸增大导致第四电容 ( 即， 由第 四电极 38d 和谐振器 22 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流进出第四电极 38d 以及第四电极 38d 的电压与之相应的变化。第三间隙 40c 尺寸减小导致第三电容 ( 即， 由第三电极 38c 和 谐振器 22 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第三电极 38c 以及第三电极 38c 的电压与 之相应的变化。
类似地， 在第二振动阶段中， 第四间隙 40d 尺寸减小导致第四电容 ( 即， 由第四电 极 38d 和谐振器 22 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第四电极 38d 以及第四电极 38d 的电压与之相应的变化。第三间隙 40c 尺寸增大导致第三电容 ( 即， 由第三电极 38c 和谐 振器 22 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流进出第三电极 38c 以及第三电极 38c 的电压与之 相应的变化。
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 和例如第三和第四电极 38c、 38d 的感测电极之间电容 性换能的大小。值得注意的是， 谐振器块 52 的外表面 30a-30d 和 / 或角 36a-36d 的端部分 别表现出朝向或者远离电极 38a-38d 的很少移动或者不移动。 结果， 与如果外表面 30a-30d 的端部分别如外表面 30a-30d 的中点表现出的分别朝向或者远离电极 38a-38d 的相同量的 移动时所表现出的第三电容的变化大小以及第四电容的变化大小相比， 该第三电容的变化 大小以及第四电容的变化大小明显更小。结果， 与如果外表面 30a-30d 的端部分别如外表 面 30a-30d 的中点表现出的分别朝向和远离电极 38a-38d 表现出相同量的移动时所表现出 的差分感测信号 S+， S- 的大小相比， 该差分感测信号 S+， S- 的大小明显更小。
如上所述， 在本发明的一个方面中， 谐振器包括具有非均质结构的谐振器块， 该非 均质结构为谐振器块提供在位置上变化的刚度， 使得在振动期间谐振器块表现出有助于增 加谐振器的感测电容、 信号强度， 稳定性和 / 或 “Q” 因数。
图 2A 是根据本发明某些方面的 MEMS 谐振器 50 的示意性俯视图。MEMS 谐振器 50 包括经由耦合 56a-56d 和锚 58a-58d 锚定到基底 54 的谐振器块 52。谐振器块 52 具有第一 和第二主外表面 59a、 59b( 例如， 分别设置在谐振器块 52 的顶部和底部上 ) 以及四个外表 面 60a-60d( 设置在谐振器 52 的侧面上 )。四个外表面 60a-60d 分别具有长度 La-Ld。在非 工作 ( 静止 ) 状态下， 谐振器块具有通常为方形的形状并且长度 La-Ld 彼此相等或者至少 基本彼此相等。在这样的状态下， 表面 60a、 60c 与沿第一和第二方向 62a、 62b 延伸的第一 参考轴 62 平行。表面 60b、 60d 与沿第三和第四方向 62c、 62d 延伸的第二参考轴 64 平行。 第一外表面 60a 的中点和第三外表面 60c 的中点设置在第二参考轴 64 上。第二外表面 60b 的中点和第四外表面 60d 的中点设置在第一参考轴 62 上。表面 60a-60d 中的每一个还与 沿第五和第六方向 65a、 65b( 图 2C) 延伸的第三参考轴 65 平行 ( 图 2C)， 所述第五和第六方向与第一和第二方向 62a、 62b 以及第三和第四方向 64a、 64b 垂直。
值得注意的是， 尽管描述和说明了第一、 第二和第三参考轴， 但谐振器 50 和 / 或谐 振器块 52 可以具有或不具有任何轴。因而， 在一些实施例中， 谐振器 50 和 / 或谐振器块 52 可以具有一个轴、 两个轴、 三个轴和 / 或根本没有轴。
在一些实施例中， 四个外表面 60a-60d 限定了四个角 66a-66d。例如， 第四外表面 60d 的第一端和第一外表面 60a 的第一端限定第一角 66a。 第一外表面 60a 的第二端和第二 外表面 60b 的第一端限定第二角 66b。第二外表面 60b 的第二端和第三外表面 60c 的第一 端限定第三角 66c。第三外表面 60c 的第二端和第四外表面 60d 的第二端限定第四角 66d。
谐振器块 52 还包括中心 72 和对角线 74a、 74b。对角线 74a、 74b 在中心 72 处彼此 交叉。一条对角线， 即对角线 74a， 从角 66a 延伸到角 66c。另一条对角线， 即对角线 74b， 从 角 66b 延伸到角 66d。
第一和第二对角线 74a、 74b 将谐振器块 52 划分为四个三角形部分 80a-80d。 第一 和第三部分 80a、 80c 以第二轴 64 为中心。第二和第四部分 80b、 80d 以第一轴 62 为中心。
在所说明的实施例中， 四个部分 80a-80d 具有类似的配置。每一部分 80a-80d 包 括第一多个区域， 该第一多个区域包括细长的外部区域 82、 细长的内部区域 84 和连接器区 域 86。第一部分 80a 的细长的外部区域 82 限定第一外表面 60a。第二部分 80b 的细长的外 部区域 82 限定第二外表面 60b。第三部分 80c 的细长的外部区域 82 限定第三外表面 60c。 第四部分 80d 的细长的外部区域 82 限定第四外表面 60d。 将细长的内部区域 84 设置为线性阵列并且连接到细长的外部区域 82。所说明的 实施例包括从细长的外部区域 82 垂直延伸的十七个细长的内部区域 84， 然而其它实施例 可以采用细长的内部区域 84 的其它数量、 配置和 / 或结构。
将连接器区域 86 设置为具有多行和列的阵列。在所说明的实施例中， 例如该阵列 包括四行， 即行 901-904， 和十六列， 即列 921-9216。 将行 901-904 设置为与细长的外部区域 82 平行。列 921-9216 与细长的外部区域垂直并且点缀延长的内部区域 84。更具体地说， 设置 连接器区域 86 的每一个列 921-9216 并且将其连接在细长的内部区域 84 的各自对之间以将 细长的内部区域 84 的这样的对彼此连接。例如， 将连接器区域 86 的第一列 921 设置在第 一和第二细长的内部区域 84 之间并且将第一和第二细长的内部区域 84 彼此连接。
每一部分 80a-80d 还限定第二多个区域， 第二多个区域中的每一个的密度比第一 多个区域中的每一个的密度小。可以配置和 / 或设置第二多个区域以产生谐振器块 52 的 期望振动模式和 / 或振动期间的期望形状。
在所说明的实施例中， 第二多个区域是通过谐振器块 52 延伸 ( 例如从第一主外表 面 59a 到第二主外表面 59b) 的开口 94 的形式。在制造谐振器 50 期间， 开口 94 还有助于 从谐振器块 52 下方蚀刻和 / 或去除牺牲材料， 从而使得谐振器块 52 如下所述自由振动。
将例如开口 94 的第二多个区域设置为非均匀结构以使谐振器块的刚度在位置上 变化， 以有助于为谐振器块提供期望的振动模式和 / 或振动期间的期望形状。该非均匀结 构的非均匀程度大于由于与谐振器块 52 的制造相关联的正常制造容限引起的程度。
在所说明的实施例中， 一些开口在与细长的外部区域 82 垂直的方向上伸长并且 被设置为多行和列， 例如， 五行 961-965 和十六列 981-9816。将行 961-965 设置为与细长的外 部区域 82 平行。列 981-9816 分别与连接器区域 86 的列 921-9216 对准。更具体地说， 开口
94 的列 981-9816 中的开口 94 点缀在连接器区域 86 的相关联的列 921-9216 中的连接器区域 86。例如， 开口 94 的第一列 981 中的开口 94 点缀连接器区域 86 的第一列 921 中的连接器 区域 86。将开口 94 的每一列 981-9816 中的一个开口 94 设置在细长的外部区域 82 和连接 器区域 86 的相关联的列 921-9216 中的连接器区域 86 之间。例如， 将开口 94 的第一列 981 中的第一开口 94 设置在细长的外部区域 82 和连接器区域 86 的第一列 921 中的第一连接器 区域 86 之间。将开口 94 的每一列 981-9816 中的其它开口 94 设置在连接器区域 86 的相关 联的列 921-9216 中的相邻连接器区域 86 之间并且与这样的连接器区域 86 分隔开。例如， 将开口 94 的第三列 983 中的第二开口 94 设置在连接器区域 86 的第三列 923 中的第一和第 二连接器区域 86 之间并且与这样的连接器区域 86 分隔开。
位于开口 94 的一个或者多个行 961-965 的端部处的开口 94 可以与谐振器块 52 的 相邻部分中的相应开口 94 连通以限定 “L” 形开口 ( 即， 具有 “L” 形截面的开口 )。该 “L” 形 开口可以分别具有设置在对角线 74a、 74b 的一条上并且指向谐振器块 52 的中心 72 的角。 在所说明的实施例中， 例如， 位于部分 80a 中开口 94 的第二、 第三、 第四和第五行 962-965 的 一端处的开口 94 与部分 80b 中的相应开口 94 连通， 以限定分别具有设置在对角线 74b 上 并且指向中心 72 的角的 “L” 形开口。位于部分 80a 中开口 94 的第二、 第三、 第四和第五行 962-965 的另一端处的开口 94 与部分 80d 中的相应开口 94 连通， 以限定分别具有设置在对 角线 74a 上并且指向中心 72 的角的 “L” 形开口。位于部分 80c 中开口 94 的第二、 第三， 第 四和第五行 962-965 的一端处的开口 94 与部分 80b 中的相应开口 94 连通， 以限定分别具有 设置在对角线 74a 上并且指向中心 72 的角的 “L” 形开口。位于部分 80c 中开口 94 的第二、 第三、 第四和第五行 962-965 的另一端处的开口 94 与部分 80d 中的相应开口 94 连通， 以限 定分别具有设置在对角线 74b 上并且指向中心 72 的角的 “L” 形开口。
其它开口 94 沿与细长的外部区域 82 平行的方向伸长。这样的开口 94 可以与位 于谐振器块 52 的相邻部分中的相应开口连通， 以限定 “L” 形开口 ( 即， 具有 “L” 形截面的 开口 )。该 “L” 形开口可以分别具有设置在对角线 74a、 74b 中的一条上并且远离谐振器块 52 的中心 72 的角。在所说明的实施例中， 例如， 部分 80a 中的开口与部分 80b 中的相应开 口连通， 以限定具有设置在对角线 74b 上并且远离中心 72 的角的 “L” 形开口。部分 80a 中 的另一开口与部分 80d 中的相应开口连通， 以限定具有设置在对角线 74a 上并且远离中心 72 的角的 “L” 形开口。部分 80c 中的开口与部分 80b 中的相应开口连通， 以限定具有设置 在对角线 74a 上并且远离中心 72 的角的 “L” 形开口。部分 80c 中的另一开口与部分 80d 中的相应开口连通， 以限定具有设置在对角线 74b 上并且远离中心 72 的角的 “L” 形开口。
在一些实施例中， 第一部分 80a 中的开口具有沿第一和第二方向 62a、 62b 的第一 尺度以及沿第三和第四方向 64a、 64b 的第二尺度。第二部分 80b 中的开口具有沿第一和第 二方向 62a、 62b 上的第一尺度以及沿第三和第四方向 64a、 64b 上的第二尺度。第一部分 80a 中的开口的第一尺度可以与第二部分 80b 中的开口的第一尺度不同。第一部分 80a 中 的开口的第二尺度可以与第二部分 80b 中的开口的第二尺度不同。
在所说明的实施例中， 每一个开口 94 具有例如长度 100 的第一尺度和例如宽度 102 的第二尺度。开口 94 的相邻行分隔开距离 104。开口 94 的相邻列分隔开距离 106。在 一些实施例中， 开口 94 的相邻列之间的距离 104 等于或者大约等于开口的相邻列之间的距 离 106。在一些实施例中， 开口 94 中的一个、 一些或者全部的长度 100 至少是开口 94 的相 邻行之间的距离 104 的 1/2 和 / 或至少是开口 94 的相邻列之间的距离 106 的 1/2， 更优选 地大于或者等于开口 94 的相邻行之间的距离 104 和 / 或大于或者等于开口 94 的相邻列之 间的距离 106。在一些实施例中， 一个或者多个开口 94 的长度 100 是开口 94 的相邻行之间 的距离 104 的 1.25 倍和 / 或大约 1.25 倍和 / 或开口 94 的相邻列之间的距离 106 的 1.25 倍和 / 或大约 1.25 倍。
在一些实施例中， 每一个开口 94 的宽度 102 小于开口 94 的相邻列之间的距离 106 和 / 或小于开口 94 的相邻行之间的距离 104， 更优选地小于开口 94 的相邻列之间的距离 106 的 1/2 和 / 或小于开口 94 的相邻行之间的距离 104 的 1/2。在一些实施例中， 一个或 者多个开口 94 的宽度 102 可以是开口 94 的相邻列之间的距离 106 的六分之一 (1/6) 和 / 或大约六分之一 (1/6) 和 / 或开口 94 的相邻行之间的距离 104 的六分之一 (1/6) 和 / 或 大约六分之一 (1/6)。
第一多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。 在一些实施例中， 例如， 第一 多个区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中， 第一多个区域中的 一个或者多个区域具有与第一多个区域中的一个或者多个其它区域不同的密度。同样地， 第二多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。 在一些实施例中， 例如， 第二多个区域 中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中， 第二多个区域中的一个或者 多个区域具有与第二多个区域中的一个或者多个其它区域不同的密度。 谐振器块 52 的刚度在方向和位置上变化。例如， 谐振器块 52 的每一部分具有沿 第一和第二方向 62a、 62b 的刚度 ( 即， 关于沿第一和第二方向 62a、 62b 的力的刚度 )、 沿第 三和第四方向 64a、 64b 的刚度 ( 即， 关于沿第三和第四方向 64a、 64b 的力的刚度 ) 以及沿 第五和第六方向 65a、 65b( 图 2C) 的刚度 ( 即， 关于沿第五和第六方向 65a、 65b( 图 2C) 的 力的刚度 )。 沿第一和第二方向 62a、 62b 的刚度、 沿第三和第四方向 64a、 64b 的刚度以及沿 第五和第六方向 65a、 65b( 图 2C) 的刚度可以彼此相等或者不相等。
沿第一和第二方向 62a、 62b 的刚度与沿第三和第四方向 64a、 64b 的刚度可以均是 位置的函数。例如， 谐振器块 52 的一个区域可以具有沿第一和第二方向 62a、 62b 的刚度， 该刚度与另一区域沿第一和第二方向 62a、 62b 的刚度不同。同样地， 一个区域可以具有沿 第三和第四方向 64a、 64b 的刚度， 该刚度与另一区域沿第三和第四方向 64a、 64b 的刚度不 同。
第二多个区域的例如开口 94 的存在降低了位于谐振器块 52 的一个或者多个位置 处沿一个或者多个方向的刚度。在所说明的实施例中， 例如， 位于谐振器块 52 的第一和第 三部分 80a、 80c 中的开口 94 降低了这些部分沿第一和第二方向 62a、 62b 的刚度。位于第 二和第四区域 80b、 80d 中的开口 94 降低了这些部分 80b、 80d 沿第三和第四方向 84a、 84b 的刚度。
刚度的降低的大小是位置的函数。在所说明的实施例中， 最大降低沿着通过第一 行 961 延伸的线 ( 即， 开口 94 的最接近细长的外部区域 82 并且最远离中心 72 的行 )， 该第 一行 961 是距离第二多个区域 94 具有最大数量和 / 或体积的区域的行。 第二最大降低沿着 通过开口 94 的第二行 962 延伸的线 ( 即， 开口 94 的第二最接近细长的外部区域 82 并且第 四最接近中心 72 的行 )， 该第二行 962 是距离第二多个区域 94 具有第二最大数量和 / 或体
积的区域的行。第三最大降低沿着通过开口 94 的第三行 963 延伸的线 ( 即， 开口 94 的第 三最接近细长的外部区域 82 并且第三最接近中心 72 的行 )， 该第三行 963 是距离第二多个 区域 94 具有第三最大数量和 / 或体积的区域的行。第四最大降低沿着通过开口 94 的第四 行 964 延伸的线 ( 即， 开口 94 的第四最接近细长的外部区域 82 并且第二最接近中心 72 的 行 )， 该第四行 964 是距离第二多个区域 94 具有第四最大数量和 / 或体积的区域的行。刚 度的最小降低沿着通过开口 94 的第五行 965 延伸的线 ( 即， 开口 94 的最远离细长的外部 区域 82 并且最接近中心 72 的行 )， 该第五行 965 是距离第二多个区域 94 具有最小数量和 / 或体积的区域的行。
因此， 在设置在第一轴 62 和 / 或中心 72 附近 ( 和 / 或上 ) 的区域处沿第一和第二 方向 62a、 62b 的刚度通常比在设置在外表面 60a、 60c 和 / 或角 66a-66d 附近 ( 和 / 或上 ) 的区域处沿第一和第二方向 62a、 62b 的刚度要大。在设置在第二轴 64 和 / 或中心 72 附近 ( 和 / 或上 ) 的区域处沿第三和第四方向 64a、 64b 的刚度通常比在设置在外表面 60b、 60d 和 / 或角 66a-66d 附近 ( 和 / 或上 ) 的区域处沿第三和第四方向 64a， 64b 的刚度要大。
谐 振 器 50 还 包 括 分 别 与 外 表 面 60a-60d 并 排 设 置 并 且 平 行 的 四 个 电 极 138a-138d。例如， 第一电极 138a 与外表面 60a 并排设置并且平行。第二电极 138b 与外 表面 60b 并排设置并且平行。第三电极 138c 与外表面 60c 并排设置并且平行。第四电极 138d 与外表面 60d 并排设置并且平行。
电极 138a-138d 分别与外表面 60a-60d 分隔开间隙 140a-140d。例如， 第一电极 138a 与外表面 60a 分隔开间隙 140a。第二电极 138b 与外表面 60b 分隔开间隙 140b。第 三电极 138c 与外表面 60c 分隔开间隙 140c。第四电极 138d 与外表面 60d 分隔开间隙 140d。在非工作的静止状态下， 谐振器块 52 大致在四个电极 138a-138d 之间居中并且间隙 140a-140d 在尺寸上大致相等。
电极 138a-138d 和谐振器块 52 共同限定四个电容。第一电极 138a 和谐振器块 52 限定第一电容。第二电极 138b 和谐振器块 52 限定第二电容。第三电极 138c 和谐振器块 52 限定第三电容。第四电极 138d 和谐振器块 52 限定第四电容。
如 下 面 进 一 步 描 述 的， 在 所 说 明 的 实 施 例 中， 将 电 极 中 的 两 个， 例如电极 138a-138b， 用作驱动电极。另外两个电极， 例如电极 138c-138d， 用作感测电极。
在工作中， 两个驱动电极， 例如第一和第二电极 138a、 138b， 分别经由信号线 142a、 142b 接收差分激励信号 D+、 D-。激励信号诱发时变的静电力， 该静电力使得谐振器块 52 振动。 如下文进一步描述， 谐振器块 52 在平面内以体声模式或者基本以体声模式而非弯 曲模式振动。 在一些实施例中， 振动可以是线性或基本线性的， 即， 由线性、 静止微分运动方 程描述。在一些实施例中， 谐振器 50 具有高 “Q” ( 品质因数 ) 因数， 并且因此， 振动期间谐 振器块 52 的形状主要取决于谐振器块 52 的特性。
参照图 2E， 在第一振动阶段中， 谐振器块 52(i) 沿第一和第二方向 62a、 62b 收缩， 并 (ii) 沿第三和第四方向 64a、 64b 膨胀， 产生谐振器块 52 的第一状态。为了比较， 虚线 60a ′ -60d ′分别示出了表面 60a-60d 在静止状态下的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、 62b 的收缩导致第二和第四间隙 140b、 140d 尺寸增大。沿第三和第四方向 64a、 64b 的 膨胀导致第一和第三间隙 140a、 140c 尺寸减小。
值得注意的是， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同的刚度相比， 沿第一和第二方向 62a， 62b 的收缩以及沿第三和第四方向 64a， 64b 的膨胀分别更加均匀。例如， 与如 果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比， 外表面 60a-60d 的端部沿 第三、 第二、 第四和第一方向分别表现出更多的移动。因此， 与如果谐振器块 52 的全部区域 具有相同刚度相比， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动与在外表面 60a-60d 的中点 处的移动更加接近地匹配。在一些实施例中， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动量 分别是在外表面 60a-60d 的中点处表现出的移动量的至少一半 (1/2)。
在一些实施例中， 外表面 60a-60d 中的一个或者多个 ( 或者至少其主部分 ) 是直 的 ( 或者至少基本是直的 ) 和 / 或与静止状态下外表面 60a-60d 中的一个或者多个平行 ( 或者至少基本平行 )。在所说明的实施例中， 例如， 外表面 60a-60d 中的每一个分别包括 主部分 144a-144d， 所述主部分 144a-144d 是直的或者至少基本是直的并且与位于静止状 态下的各自外表面的至少一部分平行或者至少基本平行。此外， 每一个外表面 60a-60d 整 体上至少是基本直的并且整体上与处于静止状态下的各自外表面的配置至少基本平行。
参照图 2F， 在第二振动阶段中， 谐振器块 52(i) 沿第一和第二方向 62a、 62b 膨胀， 并 (ii) 沿第三和第四方向 64a、 64b 收缩， 产生谐振器块 52 的第二状态。为了比较， 虚线 60a ′ -60d ′分别示出了在静止状态下表面 60a-60d 的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、 62b 的膨胀导致第二和第四间隙 140b、 140d 尺寸减小。沿第三和第四方向 64a、 64b 的 收缩导致第一和第三间隙 140a、 140c 尺寸增大。
与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度相比， 沿第一和第二方向 62a、 62b 的 膨胀以及沿第三和第四方向 64a、 64b 的收缩分别更加均匀。 因此， 例如， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比， 外表面 60a-60d 的端部沿第四、 第一、 第 三和第二方向分别表现出更多的移动。因此， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度 相比， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动与在外表面 60a-60d 的中点处的移动更加 接近地匹配。在一些实施例中， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动量分别是在外表 面 60a-60d 的中点处表现出的移动量的至少一半 (1/2)。
在一些实施例中， 外表面 60a-60d 中的一个或者多个 ( 或者至少其主部分 ) 是直 的 ( 或者至少基本是直的 ) 和 / 或与静止状态下外表面 60a-60d 中的一个或者多个平行 ( 或者至少基本平行 )。在所说明的实施例中， 例如， 外表面 60a-60d 中的每一个分别包括 主部分 146a-146d， 所述主部分 146a-146d 是直的或者至少基本是直的并且与位于静止状 态下的各自外表面的至少一部分平行或者至少基本平行。此外， 每一个外表面 60a-60d 整 体上至少是基本直的并且整体上与处于静止状态下的各自外表面的配置至少基本平行。
振动在感测电极， 例如第三和第四电极 138c、 138d， 以及耦合到其上的信号线 142c、 142d 处产生表示该振动的差分信号 S+、 S-。 差分信号 S+、 S- 可以例如是差分电压和 / 或差分电流的形式。例如， 在第一振动阶段中， 第四间隙 140d 尺寸增大导致第四电容 ( 即， 由第四电极 138d 和谐振器 52 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流进出第四电极 138d 以及第 四电极 138d 的电压与之相应的变化。第三间隙 140c 尺寸减小导致第三电容 ( 即， 由第三 电极 138c 和谐振器 52 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第三电极 138c 以及第三电极 138c 的电压与之相应的变化。
类似地， 在第二振动阶段中， 第四间隙 140d 尺寸减小导致第四电容 ( 即， 由第四电 极 138d 和谐振器 52 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第四电极 138d 以及第四电极138d 的电压与之相应的变化。 第三间隙 140c 尺寸增大导致第三电容 ( 即， 由第三电极 138c 和谐振器 52 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流进出第三电极 138c 以及第三电极 138c 的电 压与之相应的变化。
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 52 和例如第三和第四电极 138c、 138d 的感测电极之间电 容性换能的大小。
如上所述， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度相比， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动与在外表面 60a-60d 的中点处的移动更加接近地匹配。结果， 与如 果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度时表现出的第三电容的变化大小和第四电容的变 化大小相比， 该第三电容的变化大小和第四电容的变化大小更大。电容性换能的增加使谐 振器 50 的信号强度、 稳定性和 / 或 “Q” 因数增加。
图 2G 是谐振器的示意性表示， 示出了谐振器块 52 在第一状态 ( 与静止状态下相 比 ) 下沿着各条参考线表现出的膨胀量和收缩量。
参照图 2G， 第一参考线 1481 延伸通过第二外表面 60b( 和 / 或角 66b) 的一端以及 第四外表面 60d( 和 / 或角 66d) 的一端。第二参考线 1482 延伸通过第二外表面 60b 的中 点以及第四外表面 60d 的中点。第三参考线 1483 延伸通过第二外表面 60b( 和 / 或角 66b) 的另一端以及第四外表面 60d( 和 / 或角 66d) 的另一端。第四参考线 1484 延伸通过第一 外表面 60a( 和 / 或角 66a) 的一端以及第三外表面 60c( 和 / 或角 66d) 的一端。第五参考 线 1485 延伸通过第一外表面 60a 的中点以及第三外表面 60c 的中点。第六参考线 1486 延 伸通过第一外表面 60a( 和 / 或角 66b) 的另一端以及第三外表面 60c( 和 / 或角 66c) 的另 一端。
沿着第一参考线 1481， 谐振器块 52 收缩第一量 150b1+150d1。沿着第二参考线 1482， 谐振器块 52 收缩第二量 150b2+150d2。沿着第三参考线 1483， 谐振器块 52 收缩第三量 150b3+150d3。沿着第四参考线 1483， 谐振器块 52 膨胀第四量 150a4+150c4。沿着第五参考 线 1485， 谐振器块 52 膨胀第五量 150a5+150c5。沿着第六参考线 1486， 谐振器块 52 膨胀第 六量 150a6+150c6。
优 选 地， 第 一 量 150b1+150d1 和 第 三 量 150b3+150d3 分 别 是 第 二 量 150b2+150d2 的 至 少 1/2， 更 优 选 地 分 别 是 第 二 量 150b2+150d2 的 至 少 2/3， 更优选地分别是第二量 150b2+150d2 的至少 3/4。优选地， 第四量 150a4+150c4 和第六量 150a6+150c6 分别是第五量 150a5+150c5 的至少 1/2， 更优选地分别是第五量 150a5+150c5 的至少 2/3， 更优选地分别是 第五量 150a5+150c5 的至少 7/10。
谐振器块 52 沿第一和第二方向 62a、 62b 的收缩使第二和第四外表面 60b、 60d 分 别沿第二和第一方向 62b、 62a 移动 ( 即， 与静止状态相比 )。在一些实施例中， 设置在第一 参考线 1481 上的第二外表面 60b 的一部分的移动量为 150b1， 设置在第二参考线 1482 上的 第二外表面 60b 的一部分的移动量为 150b2， 并且设置在第三参考线 1483 上的第二外表面 60b 的一部分的移动量为 150b3。设置在第一参考线 1481 上的第四外表面 60d 的一部分的 移动量为 150d1， 设置在第二参考线 1482 上的第四外表面 60d 的一部分的移动量为 150d2， 并且设置在第三参考线 1483 上的第四外表面 60d 的一部分的移动量为 150d3。优选地， 量 150b1 和量 150b3 分别是量 150b2 的至少 1/2， 更优选地是量 150b2 的至少 2/3， 更优选地是量 150b2 的至少 3/4。优选地， 量 150d1 和量 150d3 分别是量 150d2 的至少 1/2， 更优选地是 量 150d2 的至少 2/3， 更优选地是量 150d2 的至少 3/4。
谐振器块 52 沿第三和第四方向 64a、 64b 的膨胀使第一和第三外表面 60a、 60c 分 别沿第三和第四方向 64a、 64b 移动 ( 即， 与静止状态相比 )。在一些实施例中， 设置在第四 参考线 1484 上的第一外表面 60a 的一部分的移动量为 150a4， 设置在第五参考线 1485 上的 第一外表面 60a 的一部分的移动量为 150a5， 并且设置在第六参考线 1486 上的第一外表面 60a 的一部分的移动量 150 为 a6。设置在第四参考线 1484 上的第三外表面 60c 的一部分的 移动量为 150c4， 设置在第五参考线 1485 上的第三外表面 60c 的一部分的移动量为 150c5， 并且设置在第六参考线 1486 上的第三外表面 60c 的一部分的移动量为 150c6。
优选地， 量 150a4 和量 150a6 分别是量 150a2 的至少 1/2， 更优选地是量 150a2 的至 少 2/3， 更优选地是量 150a2 的至少 7/10。优选地， 量 150c4 和量 150c6 分别是量 150c5 的至 少 1/2， 更优选地是量 150c5 的至少 2/3， 更优选地是量 150c5 的至少 7/10。
第二外表面 60b 的第一部分以及第四外表面 60d 的第一部分从第一参考线 1481 延伸到第二参考线 1482。第二外表面 60b 的第二部分以及第四外表面 60d 的第二部分 从第二参考线 1482 延伸到第三参考线 1483。第二外表面 60b 的第一部分具有平均斜度 (slope)152b1。第二外表面 60b 的第二部分具有平均斜度 152b2。第四外表面 60d 的第一 部分具有平均斜度 152d1。第四外表面 60d 的第二部分具有平均斜度 152d2。
第一外表面 60a 的第一部分以及第三外表面 60c 的第一部分从第四参考线 1484 延 伸到第五参考线 1485。第一外表面 60a 的第二部分以及第三外表面 60c 的第二部分从第五 参考线 1485 延伸到第六参考线 1486。第一外表面 60a 的第一部分具有平均斜度 152a1。第 一外表面 60a 的第二部分具有平均斜度 152a2。第三外表面 60c 的第一部分具有平均斜度 152c1。第三外表面 60c 的第二部分具有平均斜度 152c2。
在一些实施例中， 优选地， 外表面的第一部分的平均斜度与该外表面的第二部分 的平均斜度相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内。例如， 优选地， 第一外表 面 60a 的第一部分的平均斜度 152a1 和第一外表面 60a 的第二部分的平均斜度 152a2 相对于 彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼此在三度内。优选地， 第 二外表面 60b 的第一部分的平均斜度 152b1 和第二外表面 60d 的第二部分的平均斜度 152b2 相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼此在三度内。 优选 地， 第三外表面 60c 的第一部分的平均斜度 152c1 和第三外表面 60c 的第二部分的平均斜 度 152c2 相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼此在三度 内。优选地， 第四外表面 60d 的第一部分的平均斜度 152d1 和第四外表面 60d 的第二部分 的平均斜度 152d2 相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼 此在三度内。
优选地， 第一外表面 60a 的第一部分的平均斜度 152a1 相对于处于静止状态下的 第一外表面 60a 的相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度 内。 优选地， 第一外表面 60a 的第二部分的平均斜度 152a2 相对于处于静止状态下的第一外 表面 60a 的相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优 选地， 第二外表面 60b 的第一部分的平均斜度 152b1 相对于处于静止状态下的第二外表面 60b 的相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。 优选地，第二外表面 60b 的第二部分的平均斜度 152b2 相对于处于静止状态下的第二外表面 60b 的 相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优选地， 第三 外表面 60c 的第一部分的平均斜度 152c1 相对于处于静止状态下的第三外表面 60c 的相应 部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优选地， 第三外表 面 60c 的第二部分的平均斜度 152c2 相对于处于静止状态下的第三外表面 60c 的相应部分 的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。 优选地， 第四外表面 60d 的第一部分的平均斜度 152d1 相对于处于静止状态下的第四外表面 60d 的相应部分的平均 斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优选地， 第四外表面 60d 的第 二部分的平均斜度 152d2 相对于处于静止状态下的第四外表面 60d 的相应部分的平均斜度 在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。
图 2H 是谐振器的示意性表示， 示出了谐振器块 52 在第二状态 ( 与处于静止状态 相比 ) 下沿各条参考线表现出的膨胀量和收缩量。
参照图 2H， 第一参考线 1581 延伸通过第二外表面 60b( 和 / 或角 66b) 的一端以及 第四外表面 60d( 和 / 或角 66a) 的一端。第二参考线 1582 延伸通过第二外表面 60b 的中 点以及第四外表面 60d 的中点。第三参考线 1583 延伸通过第二外表面 60b( 和 / 或角 66b) 的另一端以及第四外表面 60d( 和 / 或角 66d) 的另一端。第四参考线 1584 延伸通过第一 外表面 60a( 和 / 或角 66a) 的一端以及第三外表面 60c( 和 / 或角 66d) 的一端。第五参考 线 1585 延伸通过第一外表面 60a 的中点以及第三外表面 60c 的中点。第六参考线 1586 延 伸通过第一外表面 60a( 和 / 或角 66b) 的另一端以及第三外表面 60c( 和 / 或角 66c) 的另 一端。
沿着第一参考线 1481， 谐振器块 52 膨胀第一量 160b1+160d1。沿着第二参考线 1482， 谐振器块 52 膨胀第二量 160b2+160d2。沿着第三参考线 1583， 谐振器块 52 膨胀第三量 160b3+160d3。沿着第四参考线 1584， 谐振器块 52 收缩第四量 160a4+160c4。沿着第五参考 线 1585， 谐振器块 52 收缩第五量 160a5+160c5。沿着第六参考线 1586， 谐振器块 52 收缩第 六量 160a6+160c6。
优 选 地， 第 一 量 160b1+160d1 和 第 三 量 160b3+160d3 分 别 是 第 二 量 160b2+160d2 的 至 少 1/2， 更 优 选 地 分 别 是 第 二 量 160b2+160d2 的 至 少 2/3， 更优选地分别是第二量 160b2+160d2 的至少 3/4。优选地， 第四量 160a4+160c4 和第六量 160a6+160c6 分别是第五量 160a5+160c5 的至少 1/2， 更优选地分别是第五量 160a5+160c5 的至少 2/3， 更优选地分别是 第五量 160a5+160c5 的至少 7/10。
谐振器块 52 沿第一和第二方向 62a、 62b 的膨胀使第二和第四外表面 60b、 60d 分 别沿第一和第二方向 62a、 62b 移动 ( 即， 与静止状态下相比 )。在一些实施例中， 设置在第 一参考线 1581 上的第二外表面 60b 的一部分移动的量为 160b1， 设置在第二参考线 1582 上 的第二外表面 60b 的一部分移动的量为 160b2， 并且设置在第三参考线 1583 上的第二外表面 60b 的一部分移动的量为 160b3。设置在第一参考线 1581 上的第四外表面 60d 的一部分移 动的量为 160d1， 设置在第二参考线 1582 上的第四外表面 60d 的一部分移动的量为 160d2， 并且设置在第三参考线 1583 上的第四外表面 60d 的一部分移动的量为 160d3。优选地， 量 160b1 和量 160b3 分别是量 160b2 的至少 1/2， 更优选地是量 160b2 的至少 2/3， 更优选地是 量 160b2 的至少 3/4。优选地， 量 160d1 和量 160d3 分别是量 160d2 的至少 1/2， 更优选地是量 160d2 的至少 2/3， 更优选地是量 160d2 的至少 3/4。
谐振器块 52 沿第三和第四方向 64a、 64b 的收缩使第一和第三外表面 60a、 60c 分 别沿第四和第三方向 64b、 64a 移动 ( 即， 与静止状态下相比 )。在一些实施例中， 设置在第 四参考线 1584 上的第一外表面 60a 的一部分移动的量为 160a4， 设置在第五参考线 1585 上 的第一外表面 60a 的一部分移动的量为 160a5， 并且设置在第六参考线 1586 上的第一外表面 60a 的一部分移动的量为 160a6。设置在第四参考线 1584 上的第三外表面 60c 的一部分移 动的量为 160c4， 设置在第五参考线 1585 上的第三外表面 60c 的一部分移动的量为 160c5， 并且设置在第六参考线 1586 上的第三外表面 60c 的一部分移动的量为 160c6。优选地， 量 150a4 和量 150a6 分别是量 150a2 的至少 1/2， 更优选地是量 150a2 的至少 2/3， 更优选地是 量 150a2 的至少 7/10。优选地， 量 150c4 和量 150c6 分别是量 150c5 的至少 1/2， 更优选地是 量 150c5 的至少 2/3， 更优选地是量 150c5 的至少 7/10。
第二外表面 60b 的第一部分以及第四外表面 60d 的第一部分从第一参考线 1581 延 伸到第二参考线 1582。第二外表面 60b 的第二部分以及第四外表面 60d 的第二部分从第二 参考线 1582 延伸到第三参考线 1583。第二外表面 60b 的第一部分具有平均斜度 162b1。第 二外表面 60b 的第二部分具有平均斜度 162b2。第四外表面 60d 的第一部分具有平均斜度 162d1。第四外表面 60d 的第二部分具有平均斜度 162d2。
第一外表面 60a 的第一部分以及第三外表面 60c 的第一部分从第四参考线 1584 延 伸到第五参考线 1585。第一外表面 60a 的第二部分以及第三外表面 60c 的第二部分从第五 参考线 1585 延伸到第六参考线 1586。第一外表面 60a 的第一部分具有平均斜度 162a1。第 一外表面 60a 的第二部分具有平均斜度 162a2。第三外表面 60c 的第一部分具有平均斜度 162c1。第三外表面 60c 的第二部分具有平均斜度 162c2。
在一些实施例中， 优选地， 外表面的第一部分的平均斜度和该外表面的第二部分 的平均斜度相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内。例如， 优选地， 第一外表 面 60a 的第一部分的平均斜度 162a1 和第一外表面 60a 的第二部分的平均斜度 162a2 相对于 彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼此在三度内。优选地， 第 二外表面 60b 的第一部分的平均斜度 162b1 和第二外表面 60b 的第二部分的平均斜度 162b2 相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼此在三度内。 优选 地， 第三外表面 60c 的第一部分的平均斜度 162c1 和第三外表面 60c 的第二部分的平均斜 度 162c2 相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼此在三度 内。优选地， 第四外表面 60d 的第一部分的平均斜度 162d1 和第四外表面 60d 的第二部分 的平均斜度 162d2 相对于彼此在十度内， 更优选地相对于彼此在五度内， 更优选地相对于彼 此在三度内。
优选地， 第一外表面 60a 的第一部分的平均斜度 162a1 相对于处于静止状态下的 第一外表面 60a 的相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度 内。 优选地， 第一外表面 60a 的第二部分的平均斜度 162a2 相对于处于静止状态下的第一外 表面 60a 的相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优 选地， 第二外表面 60b 的第一部分的平均斜度 162b1 相对于处于静止状态下的第二外表面 60b 的相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。 优选地， 第二外表面 60b 的第二部分的平均斜度 162b2 相对于处于静止状态下的第二外表面 60b 的相应部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优选地， 第三 外表面 60c 的第一部分的平均斜度 162c1 相对于处于静止状态下的第三外表面 60c 的相应 部分的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优选地， 第三外表 面 60c 的第二部分的平均斜度 162c2 相对于处于静止状态下的第三外表面 60c 的相应部分 的平均斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。 优选地， 第四外表面 60d 的第一部分的平均斜度 162d1 相对于处于静止状态下的第四外表面 60d 的相应部分的平均 斜度在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。优选地， 第四外表面 60d 的第 二部分的平均斜度 162d2 相对于处于静止状态下的第四外表面 60d 的相应部分的平均斜度 在五度内， 更优选地在 2.5 度内， 更优选地在 1.5 度内。
值得注意的是， 谐振器块在一种状态下表现出的膨胀量可能与谐振器块在这种状 态下表现出的收缩量和 / 或谐振器块在另一状态下表现出的膨胀或者收缩量相等或者不 相等。
区域可以具有任意配置 ( 例如， 尺寸、 形状 )， 并且可以与任何其它区域具有或者 不具有相同的配置 ( 例如， 尺寸、 形状 )。 因此， 一个区域的尺寸和 / 或形状可以与任意其它 区域的尺寸和 / 或形状相同或者不同。在一些实施例中， 例如， 一个、 一些或者全部区域具 有彼此相同的形状或者至少基本相同的形状。 在一些其它实施例中， 一个、 一些或者全部区 域的形状与一个或者多个其它区域的形状不同。
区域的配置可以是对称的、 非对称的或者其任意组合。每一个区域在整个区域上 可以具有或者不具有均匀的密度和 / 或刚度。而且， 可以按照任何类型的结构设置区域， 例 如包括对称结构、 非对称结构或者其任意组合。
第一多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。 在一些实施例中， 例如， 第一 多个区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中， 第一多个区域中的 一个或者多个区域与该第一多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。同样 地， 第二多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中， 例如， 第二多个 区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中， 第二多个区域中的一个 或者多个区域与该第二多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。
将第二多个区域设置为非均匀结构以使得刚度在位置上变化， 以便有助于为谐振 器块提供期望的振动模式。 所述非均匀结构的非均匀程度比由于与谐振器块的制造相关联 的正常制造容限导致的程度要大。
第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小 的量比由于与第一多个区域中这样区域的制造相关联的制造容限导致的量要大。 在一些实 施例中， 第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小的 量大于第一多个区域中这样区域的密度的 1/4， 更优选地比第一多个区域中的每一个区域 的密度小的量大于第一多个区域中这样区域的密度的 1/2。
如果谐振器块 52 包括一个或者多个细长的外部区域 82、 细长的内部区域 84 和 / 或连接器区域 86， 则这样的一个或者多个细长的外部区域 82、 细长的内部区域 84 和 / 或连 接器区域 86 可以分别具有任意的配置并且可以设置为任何类型的结构， 例如， 包括对称结 构、 非对称结构或者其任意组合。
在所说明的实施例中， 细长的外部区域 82 中的每一个区域包括具有相对均匀宽度的基本直的梁。此外， 细长的外部区域 82 的每一个区域具有相同或者基本相同的长度以 及相同或者基本相同的形状。细长的内部区域 82 的每一个区域还包括具有相对均匀宽度 的基本直的梁。 然而， 也可以采用其它配置， 该其它配置可以包括或者不包括细长的外部区 域 82、 细长的内部区域 84 和 / 或连接器区域 86 的其它配置。
如果采用一个或者多个开口， 这样的一个或者多个开口可以具有任何配置 ( 例 如， 形状、 尺寸 )。开口的形状可以是对称的、 非对称的或者其任意组合。而且， 一个开口的 形状可以与任意其它开口的形状相同或者不同。 在一些实施例中， 例如， 全部开口具有彼此 相同或者至少基本相同的形状。在一些其它实施例中， 一个开口的形状与一个或者多个其 它开口的形状不同。因此， 在一些实施例中， 开口 94 可以例如如图所示是矩形、 和 / 或圆柱 形， 、 和 / 或例如如图所示彼此类似， 但是并非局限于此。开口 94 可以部分或者全部延伸通 过谐振器块 52 的高度 / 厚度。而且， 一个或者多个开口可以部分延伸通过谐振器块 52 并 且一个或者多个其它开口可以全部延伸通过谐振器块 52。
可以将开口设置为任何类型的结构， 例如包括对称结构、 非对称结构或者其任意 组合。因此， 可以将开口设置为或者不设置为图案。
谐振器块 52 的部分， 例如部分 80a-80d， 也可以具有任意配置 ( 例如， 尺寸、 形状 ) 并且可以与任意其它部分具有或者不具有相同配置 ( 例如， 尺寸、 形状 )。 如上所述， 在所说 明的实施例中， 谐振器块 52 的每一个部分 80a-80d 具有相同的配置。然而， 在一些其它实 施例中， 谐振器块 52 可以包括具有与多个其它部分不同配置的一个或者多个部分。每一个 部分在整个部分上可以具有或者不具有均匀的密度和 / 或刚度。
可以将部分设置为任何类型的结构， 例如包括对称结构、 非对称结构或者其任意 组合。
谐振器块 52 可以具有或者不具有对称配置。实际上， 谐振器块 52 可以具有任意 配置 ( 例如， 尺寸、 形状、 结构 )， 以为谐振器块 52 提供期望的一个或者多个振动模式。
尽管将谐振器块 52 的外表面 60a-60d 的轮廓示出为直的， 但是可以采用任意的一 个或者多个轮廓。例如， 谐振器块 52 的一个或者多个外表面可以是直的、 弯曲的、 分段线性 的、 分段弯曲的、 不规则的和 / 或其任意组合。在一些实施例中， 谐振器块 52 的一个或者多 个外表面具有与和其相关联的一个或者多个电极的轮廓相对应的轮廓。在一些实施例中， 谐振器块 52 不包括角 66a-66d。在一些这样的实施例中， 可以经由一个或者多个弯曲部分 将外表面 60a-60d 彼此连接。
而且， 尽管将谐振器块 52 说明为具有基本矩形的形状， 但是可以采用其它形状。 值得注意的是， 谐振器块 52 可以包括比四个外表面或者侧面更多或者更少的外表面或者 侧面。实际上， 谐振器块 52 可以采用任意的几何形状， 例如无论是现在已知的还是后续开 发的， 而并非局限于矩形、 圆形和 / 或椭圆形。
谐振器块 52 的配置 ( 例如， 尺寸、 形状、 结构 ) 可以确定 MEMS 谐振器 50 的一个或 者多个谐振频率。
在一些实施例中， 在振动期间， MEMS 谐振器块 52 具有相对稳定或者固定的重心。 例如， 随着谐振器块 52 在第一和第二状态之间振动， 谐振器块 52 的中心会经历很少的移动 或者不移动。通过这种方式， 谐振器块 52 可以有助于降低和 / 或最小化谐振器 50 内的能 量损失， 并且从而有助于为谐振器 50 提供更高的 Q 因数。可以采用谐振器块 52 的其它设计和 / 或配置以例如影响 MEMS 谐振器 50 的耐用 性和 / 或稳定性， 并且最小化、 降低或者限制对 MEMS 谐振器阵列 50 的 “Q” 因数的任何不利 影响。
位于角 66a-66d 附近的谐振器块 52 的形状和 / 或宽度能够影响 MEMS 谐振器 50 的 耐用性和 / 或稳定性 ( 并且特别是角 66a-66d 中的应力， 在一些实施例中可以将角 66a-66d 用作锚定位置 ) 并且影响节点 ( 如果存在的话 ) 的位置以及 MEMS 谐振器 50 的谐振频率。 为此， 通过加宽位于角 66a-66d 附近的细长的外部区域 82 和 / 或使位于角 66a-66d 附近的 细长的外部区域 82 形成圆角， 可以降低和 / 或最小化谐振器块 52 的应力。
图 3A 是根据本发明另一实施例的 MEMS 谐振器 50 的示意性俯视图。参照图 3A， 在 该实施例中， 谐振器块 52 包括八个部分 180a-180h。这里有时将四个部分， 即， 部分 180a、 180c、 180e、 180g 称为 “刚度更大” 部分。有时将其它四个部分， 即， 部分 180b、 180d、 180f、 180h 称为 “刚度更小” 部分。第一四个 ( 或者 “刚度更大” ) 部分 180a、 180c、 180e、 180g 是 刚性的和 / 或比第二四个 ( 或者 “刚度更小” ) 部分 180b、 180d、 180f、 180h 刚度更大。第 二四个 ( 或者 “刚度更小” ) 部分 180b、 180d、 180f、 180h 是顺从的 (compliant) 和 / 或与第 一四个 ( 或者 “刚度更大” ) 部分 180a、 180c、 180e、 180g 相比刚度更小。
第一 “刚度更大” 部分 180a、 180c、 180e、 180g 中的每一个设置和 / 或居中于谐振 器块 52 的轴上并且从谐振器块 52 的中心 72 或者该中心 72 附近延伸到谐振器块 52 的外 表面或者该外表面附近。例如， 部分 180a 设置和 / 或居中于第二参考轴 64 上并且从谐振 器块 52 的中心 72 或者该中心 72 附近延伸到谐振器块 52 的外表面 60a。部分 180c 设置和 / 或居中于第一参考轴 62 上并且从谐振器块 52 的中心 72 或者该中心 72 附近延伸到谐振 器块 52 的外表面 60b。部分 180e 设置和 / 或居中于第二参考轴 64 上并且从谐振器块的中 心 72 或者该中心 72 附近延伸到谐振器块 52 的外表面 60c。部分 180g 设置和 / 或居中于 第一参考轴 62 上并且从谐振器块 52 的中心 72 或者该中心 72 附近延伸到谐振器块 52 的 外表面 60d。
“刚度更小” 部分 180b、 180d、 180f、 180h 中的每一个设置和 / 或居中于谐振器块 52 的对角线上并且从谐振器块 52 的内部区域延伸到谐振器块 52 的一个或者多个外表面和 / 或角或者该一个或者多个外表面和 / 或角附近。例如， 部分 180b 设置和 / 或居中于第一 对角线 74a 上并且从谐振器块 52 的内部区域延伸到外表面 60d、 60a 和 / 或角 66a 或者该 外表面 60d、 60a 和 / 或角 66a 附近。部分 180d 设置和 / 或居中于第二对角线 74b 上并且 从谐振器块 52 的内部区域延伸到外表面 60b、 60c 和 / 或角 66b 或者该外表面 60b、 60c 和 / 或角 66b 附近。部分 180f 设置和 / 或居中于第一对角线 74a 上并且从谐振器块 52 的内 部区域延伸到外表面 60b、 60c 和 / 或角 66c 或者该外表面 60b、 60c 和 / 或角 66c 附近。部 分 180h 设置和 / 或居中于第二对角线 74b 上并且从谐振器块 52 的内部区域延伸到外表面 60c、 60d 和 / 或角 66d 或者该外表面 60c、 60d 和 / 或角 66d 附近。
第一和第二对角线 74a、 74b 将谐振器块 52 划分为四个三角形部分 80a-80d。 四个 三角形部分 80a-80d 中的每一个包括第一四个 ( 或者 “刚度更大” ) 部分 180a、 180c、 180e、 180g 中的各一个以及第二四个 ( 或者 “刚度更小” ) 部分 180b、 180d、 180f、 180h 中的每两 个的各一半。例如， 第一三角形部分 80a 包括 “刚度更大” 部分 180a 以及 “刚度更小” 部分 180h、 180b 的一半。第二三角形部分 80b 包括 “刚度更大” 部分 180c 以及 “刚度更小” 部分180b、 180d 的一半。第三三角形部分 80c 包括 “刚度更大” 部分 180e 以及 “刚度更小” 部分 180d、 180f 的一半。第四三角形部分 80d 包括 “刚度更大” 部分 180g 以及 “刚度更小” 部分 180f、 180h 的一半。
图 3B 是图 3A 的 MEMS 谐振器的一个实施例的示意性俯视图。参照图 3B， 在该实施 例中， 谐振器块 52 包括第一多个区域， 例如 182、 184、 186， 以及第二多个区域 94， 该第二多 个区域 94 中的每一个区域的密度小于第一多个区域的密度。在所说明的实施例中， 第二多 个区域 94 中的每一个区域包括延伸通过谐振器块 52 的开口。
图 3B 是图 3A 的 MEMS 谐振器块 52 的一个实施例的放大的示意性俯视图。参照图 3B， 将第二多个区域 94 中的一个或者多个区域设置在 “刚度更小” 部分中的每一个中。可 以将设置在 “刚度更小” 部分中的一个、 一些或者全部第二多个区域设置成多个行和列。例 如， 将设置在 “刚度更小” 部分 180d 中的第二多个区域， 例如开口， 设置为行 1961-19617( 和 / 或行 1971-1978) 和列 1981-1985。 将这样的列中的一个， 例如列 1983， 设置在相应的对角线 上， 例如谐振器块 52 的对角线 74a 上。可以将例如列 1981、 1982、 1984、 1985 的其它列设置为 与相应对角线平行。可以将例如行 1961-19617 的行设置为与谐振器块 52 的相应对角线垂 直。 在所说明的实施例中， 第二多个区域 94 中的每一个区域具有圆形或者至少通常 为圆形的截面， 该截面具有宽度或者直径 200。开口 94 的相邻行可以间隔开距离 204( 和 / 或距离 205)。开口 94 的相邻列可以间隔开距离 206。
在一些实施例中， 一个、 一些或者全部开口 94 的宽度或者直径小于开口的相邻行 之间的距离 204( 和 / 或距离 205) 和 / 或小于开口 94 的相邻列之间的距离 206。在一些实 施例中， 一个、 一些或者全部开口的宽度或者直径 200 是开口的相邻行之间的距离 204( 和 / 或距离 205) 的至少 1/2 和 / 或开口 94 的相邻列之间的距离 206 的至少 1/2。在一些实 施例中， 一个、 一些或者全部开口的宽度或者直径 200 大于或者等于开口的相邻行之间的 距离 204( 和 / 或距离 205) 和 / 或大于或者等于开口 94 的相邻列之间的距离 206。
如上所述， 第二多个区域， 例如开口 94， 在谐振器块 52 的一个或者多个位置处降 低了沿一个或者多个方向的刚度。在所说明的实施例中， 例如， “刚度更小” 部分 180b 中的 第二多个区域， 例如开口 94， 降低了 “刚度更小” 部分 180b 沿第一和第二方向 62a、 62b， 沿 第三和第四方向 64a、 64b 和 / 或沿着对角线 74b 的刚度。 “刚度更小” 部分 180d 中的第二 多个区域， 例如开口 94， 降低了 “刚度更小” 部分 180d 沿第一和第二方向 62a、 62b， 沿第三 和第四方向 64a、 64b 和 / 或沿着对角线 74a 的刚度。 “刚度更小” 部分 180f 中的第二多个 区域， 例如开口 94， 降低了 “刚度更小” 部分 180f 沿第一和第二方向 62a、 62b， 沿第三和第 四方向 64a、 64b 和 / 或沿着对角线 74b 的刚度。 “刚度更小” 部分 180h 中的第二多个区域， 例如开口 94， 降低了 “刚度更小” 部分 180h 沿第一和第二方向 62a、 62b， 沿第三和第四方向 64a、 64b 和 / 或沿着对角线 74a 的刚度。
刚度降低的大小是位置的函数。在所说明的实施例中， 最大降低位于具有最大数 量的开口 94 和 / 或最大量的开口空间的开口 94 的列的区域中， 即， 第三列 1983( 设置在谐 振器块 52 的相应对角线， 即对角线 74a， 上的列 ) 的区域中。 第二最大降低位于具有第二最 大数量的开口 94 和 / 或第二最大量的开口空间的开口 94 的列的区域中， 即第二列 1982 和 第四列 1984 的区域中。第三最大降低位于具有第三最大数量的开口 94 和 / 或第三最大量
的开口空间的开口 94 的列的区域中， 即第一列 1981 和第五列 1985 的区域中。第三 ( 或者 最少 ) 最大降低位于具有第三 ( 或者最少 ) 最大数量的开口 94 和 / 或第三 ( 或者最少 ) 最大量的开口空间的开口 94 的行的区域中的区域中， 即第三行 963( 第三最接近细长的外 部区域 82 并且第三最接近中心 72 的行 ) 的区域中。
如上所述， 在工作中， 两个驱动电极， 例如第一和第二电极 138a、 138b， 分别经由信 号线 142a、 142b 接收差分激励信号 D+、 D-。激励信号诱发时变的静电力， 该静电力使得谐 振器块 22 振动。如下面进一步描述的， 谐振器块 52 在平面内以体声模式或者基本体声模 式而非弯曲模式振动。在一些实施例中， 振动是线性或基本线性的， 即由线性、 静止微分运 动方程描述。在一些实施例中， 谐振器 50 具有高 “Q” ( 品质因数 )， 并且因而振动期间谐振 器块 52 的形状主要取决于谐振器块 52 的特性。
参照图 3D， 在第一振动阶段中， 谐振器块 52(i) 沿第一和第二方向 62a、 62b 收缩， 并 (ii) 沿第三和第四方向 64a、 64b 膨胀， 产生谐振器块 52 的第一状态。为了比较， 虚线 60a ′ -60d ′分别示出了在静止状态下表面 60a-60d 的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、 62b 的收缩导致第二和第四间隙 140b、 140d 尺寸增大。沿第三和第四方向 64a、 64b 的 膨胀导致第一和第三间隙 140a、 140c 尺寸减小。
与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同的刚度相比， 沿第一和第二方向 62a、 62b 的收缩以及沿第三和第四方向 64a、 64b 的膨胀分别更加均匀。因此， 例如， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比， 外表面 60a-60d 的端部沿第三、 第二、 第四和第一方向分别表现出更多的移动。因此， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚 度相比， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动与在外表面 60a-60d 的中点处的移动更 加接近地匹配。在一些实施例中， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动量分别是在外 表面 60a-60d 的中点处表现出的移动量的至少一半 (1/2)。
在一些实施例中， 外表面 60a-60d 中的一个或者多个 ( 或者至少其主部分 ) 是直 的 ( 或者至少基本是直的 ) 和 / 或与静止状态下外表面 60a-60d 中的一个或者多个平行 ( 或者至少基本平行 )。在所说明的实施例中， 例如， 外表面 60a-60d 中的每一个分别包括 是直的或者至少基本是直的并且与静止状态下的各外表面的至少一部分平行或者至少基 本平行的主部分 144a-144d。 此外， 每一个外表面 60a-60d 整体上至少是基本直的并且整体 上与静止状态下的各外表面的配置至少基本平行。
参照图 3E， 在第二振动阶段中， 谐振器块 52(i) 沿第一和第二方向 62a、 62b 膨胀， 并 (ii) 沿第三和第四方向 64a、 64b 收缩， 产生谐振器块 52 的第二状态。为了比较， 虚线 60a ′ -60d ′分别示出了在静止状态下表面 60a-60d 的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、 62b 的膨胀导致第二和第四间隙 140b、 140d 尺寸减小。沿第三和第四方向 64a、 64b 的 收缩导致第一和第三间隙 140a、 140c 尺寸增大。
与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度相比， 沿第一和第二方向 62a、 62b 的膨胀以及沿第三和第四方向 64a、 64b 的收缩分别更加均匀。例如， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比， 外表面 60a-60d 的端部沿第四、 第一、 第 三和第二方向分别表现出更多的移动。因此， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚 度相比， 外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动与外表面 60a-60d 的中点处的移动更加接 近地匹配。在一些实施例中， 在外表面 60a-60d 的端部处表现出的移动量分别是在外表面60a-60d 的中点处表现出的移动量的至少一半 (1/2)。
在一些实施例中， 外表面 60a-60d 中的一个或者多个 ( 或者至少其主部分 ) 是直 的 ( 或者至少基本是直的 ) 和 / 或与静止状态下外表面 60a-60d 中的一个或者多个平行 ( 或者至少基本平行 )。在所说明的实施例中， 例如， 外表面 60a-60d 中的每一个分别包括 是直的或者至少基本是直的并且与静止状态下的各外表面的至少一部分平行或者至少基 本平行的主部分 146a-146d。 此外， 每一个外表面 60a-60d 整体上至少是基本直的并且整体 上与静止状态下的各外表面的配置至少基本平行。
振动在感测电极， 例如第三和第四电极 138c、 138d， 以及耦合到其上的信号线 142c、 142d 处产生表示该振动的差分信号 S+、 S-。 差分信号 S+、 S- 例如可以是差分电压和 / 或差分电流的形式。例如， 在第一振动阶段中， 第四间隙 140d 尺寸增大导致第四电容 ( 即， 由第四电极 138d 和谐振器 52 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流进出第四电极 138d 以及第 四电极 138d 的电压与之相应的变化。第三间隙 140c 尺寸减小导致第三电容 ( 即， 由第三 电极 138c 和谐振器 52 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第三电极 138c 以及第三电极 138c 的电压与之相应的变化。
类似地， 在第二振动阶段中， 第四间隙 140d 尺寸减小导致第四电容 ( 即， 由第四电 极 138d 和谐振器 52 限定 ) 的大小增大， 这又导致电流进出第四电极 138d 以及第四电极 138d 的电压与之相应的变化。 第三间隙 140c 尺寸增大导致第三电容 ( 即， 由第三电极 138c 和谐振器 52 限定 ) 的大小减小， 这又导致电流进出第三电极 138c 以及第三电极 138c 的电 压与之相应的变化。
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 52 和感测电极， 例如第三和第四电极 138c、 138d 之间电容 性换能的大小。
如上所述， 与如果谐振器块 52 的全部区域具有相同刚度相比， 外表面 60a-60d 的 端部处表现出的移动与外表面 60a-60d 的中点处的移动更加接近地匹配。结果， 与如果谐 振器块 52 的全部区域具有相同刚度时表现出的第三电容的变化大小和第四电容的变化大 小相比， 该第三电容的变化大小和第四电容的变化大小更大。结果， 与如果谐振器块 52 的 全部区域具有相同刚度时表现出的第三电容的变化大小和第四电容的变化大小相比， 该第 三电容的变化大小和第四电容的变化大小更大。电容性换能的增加使谐振器 50 的信号强 度、 稳定性和 / 或 “Q” 因数增加。
值得注意的是， 谐振器块在一种状态下表现出的膨胀量可能与谐振器块在这种状 态下表现出的收缩量和 / 或谐振器块在另一状态下表现出的膨胀或者收缩量相等或者不 相等。
区域可以具有任意配置 ( 例如， 尺寸、 形状 ) 并且可以与任何其它区域具有或者不 具有相同的配置 ( 例如， 尺寸、 形状 )。 因此， 一个区域的尺寸和 / 或形状可以与任意其它区 域的尺寸和 / 或形状相同或者不同。在一些实施例中， 例如， 一个、 一些或者全部区域具有 彼此相同的形状或者至少基本相同的形状。 在一些其它实施例中， 一个、 一些或者全部区域 的形状与一个或者多个其它区域的形状不同。区域的配置可以是对称的、 非对称的或者其 任意组合。每一个区域在整个区域上可以具有或者不具有均匀的密度和 / 或刚度。可以按 照任何类型的结构设置区域， 例如包括对称结构、 非对称结构或者其任意组合。第一多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中， 例如第一 多个区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中， 第一多个区域中的 一个或者多个区域与该第一多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。同样 地， 第二多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。 在一些实施例中， 例如第二多个区 域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中， 第二多个区域中的一个或 者多个区域与该第二多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。
第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小 的量比由于与第一个多个区域的这样区域的制造相关联的制造容限导致的量要大。 在一些 实施例中， 第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小 的量大于第一个多个区域中的这样区域的密度的 1/4， 更优选地比第一多个区域中的每一 个区域的密度小的量大于第一个多个区域中的这样区域的密度的 1/2。
如果采用一个或者多个开口， 这样的一个或者多个开口可以具有任何配置 ( 例 如， 形状、 尺寸 )。开口的形状可以是对称的、 非对称的或者其任意组合。而且， 一个开口的 形状可以与任意其它开口的形状相同或者不同。 在一些实施例中， 例如， 全部开口具有彼此 相同或者至少基本相同的形状。在一些其它实施例中， 一个开口的形状与一个或者多个其 它开口的形状不同。因此， 在一些实施例中， 开口 94 可以例如如图所示是圆柱形， 和 / 或矩 形， 和 / 或例如如图所示彼此类似， 但是并非局限于此。开口 94 可以部分或者全部延伸通 过谐振器块 52 的高度 / 厚度。而且， 一个或者多个开口可以部分延伸通过谐振器块 52 并 且一个或者多个其它开口可以全部延伸通过谐振器块 52。
可以将开口设置为任何类型的结构， 例如包括对称结构、 非对称结构或者其任意 组合。因此， 可以将开口设置为或者不设置为图案。
谐振器块 52 的部分， 例如部分 80a-80d， 也可以具有任意配置 ( 例如， 尺寸、 形状 ) 并且可以与任意其它部分具有或者不具有相同配置 ( 例如， 尺寸、 形状 )。部分的配置可以 是对称的、 非对称的或者其任意组合。每一个部分在整个部分上可以具有或者不具有均匀 的密度和 / 或刚度。
可以将所述部分设置为任何类型的结构， 例如包括对称结构、 非对称结构或者其 任意组合。
谐振器块 52 可以具有或者不具有对称配置。实际上， 谐振器块 52 可以具有任意 配置 ( 例如， 尺寸、 形状、 结构 )， 以为谐振器块 52 提供期望的一个或者多个振动模式。
尽管将谐振器块 52 的外表面 60a-60d 的轮廓表示为直的， 但是可以采用任意的一 个或者多个轮廓。例如， 谐振器块 52 的一个或者多个外表面可以是直的、 弯曲的、 分段线性 的、 分段弯曲的、 不规则的和 / 或其任意组合。在一些实施例中， 谐振器块 52 的一个或者多 个外表面具有与和其相关联的一个或者多个电极的轮廓相对应的轮廓。在一些实施例中， 谐振器块 52 不包括角 66a-66d。在一些这样的实施例中， 可以经由一个或者多个弯曲部分 将外表面 60a-60d 彼此连接。
此外， 尽管将谐振器块 52 说明为具有基本矩形的形状， 但是可以采用其它形状。 值得注意的是， 谐振器块 52 可以包括比四个外表面或者侧面更多或者更少的外表面或者 侧面。实际上， 谐振器块 52 可以采用任意的几何形状， 例如无论是现在已知的还是后续开 发的， 而并非局限于矩形、 圆形和 / 或椭圆形。谐振器块 52 的配置 ( 例如， 尺寸、 形状、 结构 ) 可以确定 MEMS 谐振器 50 的一个或 者多个谐振频率。
在一些实施例中， 在振动期间， MEMS 谐振器块 52 具有相对稳定或者固定的重心。 例如， 随着谐振器块 52 在第一和第二状态之间振动， 该谐振器块 52 的中心会经历很少的移 动或者不移动。通过这种方式， 谐振器块 52 可以有助于降低和 / 或最小化谐振器 50 内的 能量损失并且从而有助于为谐振器 50 提供更高的 Q 因数。
可以在差分驱动和感测配置 ( 例如， 如上所述 )、 单端驱动和感测配置和 / 或任何 其它配置中采用例如电极 138a-138d 的电极。
参照图 4A， 在采用差分驱动和感测配置的一个实施例中， 将驱动电极， 例如电极 138a、 138b， 电连接到差分驱动电路 300 并且从该差分驱动电路 300 接收差分驱动信号 D+、 D-。例如， 电极 138a 可以经由信号线 142a 从差分驱动电路接收驱动信号 D+。电极 138b 可 以经由信号线 142b 从差分驱动电路接收驱动信号 D-。
将感测电极， 例如电极 138c、 138d， 电连接到差分感测电路 302 并且提供施加到该 差分感测电路 302 的差分感测信号 S+、 S-。例如， 感测电极 138c 提供经由信号线 142c 施 加到差分感测电路 302 的感测信号 S+。感测电极 138d 可以提供经由信号线 142d 施加到差 分感测电路 302 的感测信号 S-。
在工作中， 差分驱动电路 300 生成施加到驱动电极， 例如电极 138a， 138b 的差分驱 动信号 D+、 D-， 例如如上所述， 以诱发时变的静电力， 该静电力使得谐振器块 52 以一个或者 多个谐振频率振动。
如上所述， 在该实施例中， 谐振器以体模式或者基本体模式而非弯曲模式振动。 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。每一个谐振器 122 具有 高 “Q” ( 品质因数 )， 并且因此， 振动期间谐振器 122 的形状主要取决于谐振器 122 的特性。 在一些其它实施例中， 可以采用其它类型的振动。
感测电极， 例如电极 138c、 138d， 提供代表由谐振器块 52 表现出的振动的差分感 测信号 S+、 S-。在提供差分感测信号 S+、 S- 时可以采用任何适合的结构和 / 或技术。如上 所述， 一些实施例采用电容性换能 ( 例如， 振动期间谐振器块 52 和感测电极 138c、 138d 之 间的电容变化 ) 以提供差分感测信号 S+、 S-。
将差分感测信号 S+、 S- 提供到差分感测电路 302， 该差分感测电路 302 感测、 采样 和 / 或检测所感测的信号 S+、 S- 并且响应于该感测信号而生成差分输出信号 Out+、 Out-。 差分输出信号 Out+、 Out- 可以例如是时钟信号， 所述时钟信号具有与谐振器块 52 表现出的 振动的一个或者多个谐振频率的频率相等的频率。
可以经由信号线 304、 306 将差分输出信号 Out+、 Out- 提供到差分驱动电路 302， 该差分驱动电路 302 可以响应于差分输出信号而生成差分驱动信号 D+、 D-， 从而闭合电子 振动器环路。在这一点上， 期望差分驱动信号 D+、 D- 适用于仿真 / 驱动期望的振动模式。
在一些实施例中， 配置差分驱动电路 300 以提供差分驱动信号 D+、 D-， 其中信号 D+ 和信号 D- 相位相差 180 度或者基本相差 180 度， 并且配置和定位驱动电极， 例如电极 138a、 138b， 以使得供应到该电极的差分驱动信号 D+、 D- 产生使谐振器块 52 在谐振器块 52 的平 面中振动的一个或者多个静电力。
在一些实施例中， 配置和定位感测电极， 例如电极 138c、 138d， 以响应于谐振器块52 的振动而提供差分感测信号 S+、 S-， 其中信号 S+ 和信号 S- 相位相差 180 度或者基本相 差 180 度， 并且配置差分感测电路 302 以接收差分感测信号 S+、 S- 并且响应于该信号而提 供差分输出信号 Out+、 Out-， 其中信号 Out+ 和信号 Out- 相位相差 180 度或者基本相差 180 度。
实现差分信号配置可以有助于消除、 限制、 降低和 / 或最小化从例如电极 138a、 138b 的驱动电极到例如电极 138c、 138d 的感测电极的电容性耦合效应。此外， 完全差分信 令配置还能够显著降低对于耦合自基底 54 的电和 / 或机械噪声的任何灵敏度。此外， 利用 差分信令配置实现谐振器 50 还可以消除、 最小化和 / 或降低通过例如锚 58a-58d 的一个或 者多个锚到谐振器 50 和来自谐振器 50 的电荷流动。因此， 可以避免位于一个或者多个锚， 例如锚 58a-58d， 与驱动和感测电极， 例如电极 138a-138d， 之间的电压降。值得注意的是， 该电压降会使谐振器 50 的电传输功能降级或者对其产生不利影响， 尤其是在较高频率处 ( 例如， 大于 100MHz 的频率 )。
图 4B 说明了感测电路 302 和驱动电路 300 的一个实施例。在该实施例中， 感测 电路 302 包括差分放大器 310。驱动电路 300 包括自动增益控制电路 312。感测电路 302 的差分放大器 310 接收差分感测信号 S+、 S- 并且响应于该信号而提供差分输出信号 Out+、 Out-。经由信号线 304、 306 将差分放大器 310 的差分输出信号 Out+、 Out- 提供到驱动电路 300 的自动增益控制电路 312， 该电路响应于该信号而提供差分驱动信号 D+、 D-。 应该注意到， 存在导致或者诱使谐振器 50 谐振并且从而生成和 / 或产生输出信号 的感测和驱动电极和 / 或感测和驱动电路的许多其它配置和 / 或架构。所有这种配置和 / 或架构旨在落入本发明的范围内。
本发明的 MEMS 谐振器 50 可以采用无论是已知的还是今后开发的任何感测和驱动 结构、 技术、 配置和 / 或架构。在一些实施例中， 驱动电路 300 和感测电路 302 分别是常规 上公知的驱动和感测电路和 / 或常规的驱动和感测电极。然而， 驱动电路 300 和 / 或感测 电路 302 可以是任何类型的电路 ( 无论是否设置在和 / 或集成在谐振器 50 所在 ( 制造于 其中 ) 的相同基底上 )， 并且无论是已知的或者今后开发的所有这些电路旨在落入本发明 的范围之内。
可以将驱动电路 300 和 / 或感测电路 302 设置在和 / 或集成在 MEMS 谐振器结构 所在 ( 或制造于其中 ) 的相同基底上。除此之外， 或者作为其代替， 可以将驱动电路 300 和 / 或感测电路 302 设置在和 / 或集成在与 MEMS 谐振器结构所在的基底物理上分离 ( 并且与 之电互连 ) 的基底上。
驱动和感测电极， 例如电极 138a-138d， 可以是常规的公知类型或者可以是已知 的或者今后开发的任何类型和 / 或形状的电极。例如， 存在使谐振器 50 生成和 / 或产生 180( 或者基本 ) 的相位差的感测电极和驱动电极的许多其它配置和 / 或架构， 并且其中驱 动电极诱发或者产生 MEMS 谐振器 50 的平面中的运动并且感测电极感测 / 测量该运动。
此外， 物理电极机制可以例如包括电容的、 压阻的、 压电的、 电感的、 磁阻的和热 的。实际上， 无论是已知的或者今后开发的所有物理电极机制都旨在落入本发明的范围之 内。
如上所述， 驱动电极和感测电极， 例如电极 138a-138d， 可以是无论是已知的还是 今后开发的任何数量和设计 ( 例如， 尺寸、 形状、 类型 )。在一些实施例中， 可以选择驱动电
极和 / 或感测电极的数量和长度以优化、 增强和 / 或改善 MEMS 谐振器的工作。例如， 在一 个实施例中， 增加感测电极的数量以及截面感测电极 - 谐振器块接口以增加提供到感测电 路 ( 例如， 单端或者差分感测电路 ) 的信号。
在一些实施例中， 制造驱动电极， 例如电极 138a、 138b， 以及感测电极， 例如电极 138c、 138d， 而不需要附加或者额外的一个或者多个掩模。 例如， 在一些实施例中， 同时制造 矩形和 / 或方形的谐振器块 52、 驱动电极 ( 例如电极 138a， 138b) 以及感测电极 ( 例如电极 138c、 138d)。
在一些实施例中， 结合具有对称的谐振器块 52 的 MEMS 谐振器 50， 对称地配置和采 用驱动电极 ( 例如电极 138a、 138b)、 感测电极 ( 例如电极 138c、 138d) 以及谐振器块 52。 这 样的实施例可以有助于管理、 最小化和 / 或降低作用在谐振器块 52 的一个或者多个部分、 锚 ( 例如锚 58a-58d) 和 / 或基底 54 上的应力。在这样的实施例中， 谐振器块 52 的中心 72 是低应力点。在这样的实施例中， 如果将谐振器块 52 锚定在中心 72 处 ( 例如， 不是通过角 66a-66d)， 则可以进一步最小化、 降低和 / 或消除 MEMS 谐振器 50 的能量损失。
在一些实施例中， 以提供单端驱动信号、 单端感测信号和 / 或单端输出信号的单 端配置的方式来配置 MEMS 谐振器 50。
参照图 4C， 在采用单端驱动和感测配置的实施例中， 两个电极， 例如电极 138a、 138c， 用作驱动电极， 并且两个电极， 例如电极 138b、 138d， 用作感测电极。驱动电极， 例如 电极 138a、 138c， 电连接到单端驱动电路 320 并且从其接收驱动信号 D。例如， 驱动电极， 例 如电极 138a、 138c， 可以经由信号线 322 从驱动电路接收驱动信号 D。感测电极， 例如电极 138b、 138d， 电连接到单端感测电路 324 并且向其提供感测信号 S。例如， 诸如电极 138b、 138d 的感测电极可以提供感测信号 S， 可以将该感测信号 S 经由信号线 326 提供到感测电 路 324。
在工作中， 驱动电路 320 生成提供到驱动电极， 例如电极 138a、 138c， 的单端驱动 信号 D， 以诱发时变的静电力， 该静电力使谐振器块 52 以一个或者多个谐振频率振动 ( 例 如， 在平面中 )。感测电极， 例如电极 138b、 138d， 提供代表由谐振器块 52 表现出的振动的 单端感测信号 S。在提供感测信号 S 时， 可以采用任何适合的结构和 / 或技术。一些实施 例采用电容性换能 ( 例如， 在谐振器块 52 的振动期间， 谐振器块 52 和一个或者多个感测电 极， 例如感测电极 138b， 138d， 之间的电容变化 ) 以提供感测信号 S。
将感测信号 S 供应到感测电路 324， 该感测电路 324 感测、 采样和 / 或检测该感测 信号 S 并且响应于感测信号 S 而生成输出信号 Out。
输出信号 Out 可以例如是时钟信号， 该时钟信号具有等于由谐振器块 52 表现出的 振动的一个或者多个谐振频率中的一个或者多个的频率。
可以经由信号线 328 将输出信号 Out 供应到驱动电路 320， 驱动电路 320 可以响应 于输出信号 Out 而生成驱动信号 D， 从而闭合电振动器环路。 为此， 期望驱动信号 D- 适于仿 真 / 驱动期望的振动模式。
图 4D 说明了感测电路 320 和驱动电路 324 的一个实施例。在该实施例中， 感测电 路 302 包括放大器 330。驱动电路 300 包括自动增益控制电路 332。感测电路 324 的放大 器 330 接收感测信号 S 并且响应于该感测信号 S 而提供输出信号 Out。经由信号线 328 将 放大器 330 的输出信号 Out 供应到驱动电路 320 的自动增益控制电路 332， 自动增益控制电路 332 响应于输出信号 Out 而提供驱动信号 D。
应该注意到， 存在导致或者诱使谐振器 50 振动并且从而生成和 / 或产生输出信号 的感测和驱动电极和 / 或感测和驱动电路的许多其它配置和 / 或架构。所有这样的配置和 / 或架构落入本发明的范围之内。
本发明的 MEMS 谐振器 50 可以采用无论是已知的或者今后开发的任何感测和驱动 结构、 技术、 配置和 / 或架构。在一些实施例中， 驱动电路 320 和感测电路 324 分别是常规 公知的驱动和感测电路和 / 或常规的驱动和感测电极。然而， 驱动电路 320 和 / 或感测电 路 324 可以是任何类型的电路 ( 无论是否设置在和 / 或集成在谐振器 50 所在 ( 制造于其 中 ) 的相同基底上 )， 并且无论是已知的或者今后开发的所有这些电路旨在落入本发明的 范围之内。
可以将驱动电路 320 和 / 或感测电路 324 设置和 / 或集成在 MEMS 谐振器结构所 在 ( 制造于其中 ) 的相同基底上。除此之外， 或者作为其代替， 可以将驱动电路 320 和 / 或 感测电路 324 设置和 / 或集成在与 MEMS 谐振器结构所在的基底物理上分离 ( 并且与之电 互连 ) 的基底上。
驱动和感测电极， 例如电极 138a-138d， 可以是常规的公知类型或者可以是已知 的或者今后开发的任何类型和 / 或形状的电极。例如， 存在使谐振器 50 生成和 / 或产生 180( 或者基本 ) 相位差的感测电极和驱动电极 ( 例如， 例如电极 138a-138d) 的许多其它配 置和 / 或架构， 并且其中驱动电极诱发或者产生 MEMS 谐振器 50 的平面中的运动并且感测 电极感测 / 测量该运动。
此外， 物理电极机制可以例如包括电容的、 压阻的、 压电的、 电感的、 磁阻的和热 的。实际上， 无论是已知的或者今后开发的所有物理电极机制都旨在落入本发明的范围之 内。
如上所述， 驱动电极和感测电极可以是无论是已知的还是今后开发的任何数量和 设计 ( 例如， 尺寸、 形状、 类型 )。在一些实施例中， 可以选择驱动电极和 / 或感测电极的数 量和长度以优化、 增强和 / 或改善 MEMS 谐振器的工作。例如， 在一个实施例中， 增加感测电 极的数量以及截面感测电极 - 谐振器块接口以增加提供到感测电路 ( 例如， 单端或者差分 感测电路 ) 的信号。
在一些实施例中， 制造驱动电极， 例如电极 138a、 138b， 以及感测电极， 例如电极 138c、 138d， 而不需要附加或者额外的一个或者多个掩模。 例如， 在一些实施例中， 同时制造 矩形和 / 或方形的谐振器块 52、 驱动电极 ( 例如电极 138a、 138b)、 以及感测电极 ( 例如电 极 138c、 138d)。
在一些实施例中， 结合具有对称的谐振器块 52 的 MEMS 谐振器 50 对称地配置和 采用驱动电极 ( 例如， 电极 138a、 138b)、 感测电极 ( 例如， 电极 138c、 138d)、 以及谐振器块 52。这样的实施例可以有助于管理、 最小化和 / 或降低作用在谐振器块 52 的一个或者多个 部分、 锚 ( 例如锚 58a-58d) 和 / 或基底 54 上的应力。在这样的实施例中， 谐振器块 52 的 中心 72 是低应力点。在这样的实施例中， 如果将谐振器块 52 锚定在中心 72 处 ( 例如， 不 是通过角 66a-66d)， 则可以进一步最小化、 降低和 / 或消除 MEMS 谐振器 50 的能量损失。
值得注意的是， 在采用具有少于四个侧面的谐振器块 52、 具有大于四个侧面的谐 振器块 52 和 / 或非对称的谐振器块 52 的谐振器块 52 的 MEMS 谐振器 50 中， 也可以实现差分和单端输出信号配置。实际上， 在感测和驱动的语境中， 这里关于 MEMS 谐振器 50 所讨论 的所有特征、 实施例和备选方案可以应用于具有任何尺寸和 / 或配置的谐振器块 52。为了 简化起见， 将不再重复这些讨论。
如上所述， 谐振器块 52 可以以固有线性或者基本线性的模式振动。因此， 由于不 需要非常精确或者非常准确地控制谐振器块 52 的谐振幅值， 这里讨论的驱动和感测电路 提供线性谐振器 / 振动器的一些考虑和 / 或需求可以不太严格和 / 或不太复杂。
值得注意的是， 如上面所提到和讨论的， 可以使用其它锚定配置将 MEMS 谐振器 50 锚定到基底。实际上， 本发明的 MEMS 谐振器 50 可以采用目前已知的或者今后开发的任何 锚结构和技术。所有这些结构和技术旨在落入本发明的范围之内。例如， 本发明可以采用 在 2003 年 7 月 25 日递交的序列号为 10/627,237( 美国专利 6,952,041) 并且发明名称为 “Anchorsfor Microelectromechanical Systems Having an SOI Substrate， and Method forFabricating Same” 的非临时专利申请 ( 以下将其称为 “用于微机电系统的锚的专利申 请” ) 中描述和说明的锚定结构和技术。清楚地注意到， 将例如包括全部所述实施例和 / 或 发明的特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和优点的该用于微机电系统的锚的专利申请的全 部内容通过参考并入本文， 然而除非以其它方式说明， 本发明的方面和 / 或实施例并非局 限于这样的特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点。在一个实施例中， 除了或者代替 “角” 锚， MEMS 谐振器 50 可以包括 “中心” 锚。
如上所述， 在一些实施例中， MEMS 谐振器 50 包括一个或者多个节点 ( 在谐振器块 52 振动时谐振器块 52 中不移动、 经历很少移动和 / 或基本静止的区域和 / 或部分 )。在一 些实施例中， 节点可以位于谐振器块的内部区域、 部分或者区域中或者附近， 例如中心上或 附近。代替和 / 或除了位于谐振器块的内部区域、 部分或者区域上或者附近的节点， 该谐振 器块可以包括位于谐振器块的外部区域、 部分或者区域上或者附近的节点。
有利的， 可以通过一个或者多个节点或者在一个或者多个节点处将谐振器块 52 锚定到基底。通过在一个或者多个节点处或者附近进行锚定， 可以最小化、 限制和 / 或降低 MEMS 谐振器 50 的垂直和 / 或水平能量损失， 这会导致或者提供具有相对高 Q 的 MEMS 结构。 在一个实施例中， 除了或者代替 “角” 锚， MEMS 谐振器 50 包括位于谐振器块 52 中心处的节 点以及位于谐振器块 52 中心处的 “中心” 锚。然而， 值得注意的是， 如果存在， 可以不需要 将 MEMS 谐振器 50 锚定在节点处。
可以采用有限元分析和仿真引擎来设计、 确定和 / 或限定一个或者多个节点的一 个或者多个位置， 在所述一个或者多个节点的一个或者多个位置， MEMS 谐振器 50 的谐振器 块 52 可以以预定的、 最小的和 / 或降低的能量损失 ( 等等 ) 锚定到基底。为此， 当在工作 期间被诱发时， MEMS 谐振器 50 的谐振器块 52 以膨胀和收缩方式移动。因此， 谐振器块 52 的长度和 / 或宽度可以确定谐振器结构上或者谐振器结构中的节点位置， 从而存在由于膨 胀 - 收缩模式导致的很少、 没有或者降低的旋转运动。可以采用该有限分析引擎来设计、 确 定和评估这样的节点的位置。通过这种方式， 可以快速确定和 / 或识别用于锚定谐振器块 52 而表现出可接受的、 预定的、 和 / 或很少或者没有运动 ( 径向、 横向和 / 或其它方式 ) 的 谐振器块 52 中或者谐振器块 52 上的区域或者部分。
在一些实施例中， 锚耦合部分， 例如锚耦合部分 56a-56d 的设计 ( 例如， 形状和宽 度 ) 能够影响 MEMS 谐振器 50 的谐振频率。锚耦合部分， 例如锚耦合部分 56a-56d 的设计还能够影响 MEMS 谐振器 50 的耐用性和 / 或稳定性。为此， 通过调节锚耦合部分 56a-56d 的形状和宽度， 可以管理、 控制、 降低和 / 或最小化作用在谐振器块 52 上的应力。例如， 可 以增加或者降低诸如锚耦合部分 56a-56d 的锚耦合部分的宽度以管理、 控制、 降低和 / 或最 小化在节点中或者节点处的应力集中。通过这种方式， 可以增加、 增强和 / 或优化 MEMS 谐 振器 50 的耐用性和 / 或稳定性。
可以采用锚耦合部分 56 的其它设计和 / 或配置， 以例如影响 MEMS 谐振器 50 的耐 用性和 / 或稳定性以及影响 MEMS 谐振器 50 的节点 ( 如果存在 ) 位置和 / 或谐振频率。
如上所述， 本发明的 MEMS 谐振器 50 可以采用现在已知的或者今后开发的任何锚 结构和技术。 包括各种锚定技术的全部组合和置换的全部结构和技术都旨在落入本发明的 范围之内。
在一些实施例中， 不需要用于限定锚 58a-58d 的附加的或者额外的掩模来实现图 2A-2C 中说明的锚定技术和 / 或图 3A-3E 中说明的锚定技术。即， 在一些实施例中， 同时制 造谐振器块 52 和锚定结构。
在一些实施例中， MEMS 谐振器 50 采用应力 / 应变释放机构 ( 例如， 弹簧或者类似 弹簧的部件 ) 来管理、 控制、 降低、 消除和 / 或最小化作用在基底上的任何应力或者应变。
参 照 图 5A-5B 以 及 图 6A-6D， 在 一 些 实 施 例 中， 一 个 或 者 多 个 耦 合， 例如耦合 56a-56d， 包括一个或者多个应力 / 应变释放机构 ( 例如， 弹簧或者类似弹簧的部件 ) 来管 理、 控制、 降低、 消除和 / 或最小化在诸如锚 58a-58d 的一个或者多个锚处由谐振器块 52 通 过基底 54 或者在基底 54 处所锚定的一个、 一些或者全部点的运动导致的作用于该基底的 任何应力或者应变。在所说明的实施例中， 将外表面 60a、 60d( 和 / 或角 66a) 机械耦合到 锚 58a 的耦合 56a 包括应力 / 应变释放机构 350a。将外表面 60a、 60b( 和 / 或角 66b) 机 械耦合到锚 58b 的耦合 56b 包括应力 / 应变释放机构 350b。设置在外表面 60b、 60c( 和 / 或角 66c) 和锚 58c 之间并且将外表面 60b、 60c( 和 / 或角 66c) 机械耦合到锚 58c 的耦合 56c 包括应力 / 应变释放机构 350c。将外表面 60c、 60d( 和 / 或角 66d) 机械耦合到锚 58d 的耦合 56d 包括应力 / 应变释放机构 350d。
在该实施例中， 应力 / 应变释放机构 350a-350d 中的每一个包括弹簧或者类似弹 簧的部件， 所述弹簧或者类似弹簧的部件具有彼此分隔开并且通过第一和第二端部 356、 358( 例如， 参照应力 / 应变释放机构 350a 的第一和第二端部 356、 358) 结合到一起的第 一和第二细长部分 352、 354( 例如， 参照应力 / 应变释放机构 350a 的第一和第二细长部分 352、 354)。第一和第二细长部分 352、 354 可以是直的并且可以具有均匀的厚度。然而， 除 了和 / 或代替这样的应力 / 应变释放机构， 可以采用具有其它配置的其它应力 / 应变释放 机构。
参照图 5B-5C 以及图 6C-6D， 在工作中， 应力 / 应变释放机构， 例如应力 / 应变释 放机制 350a-350d， 结合谐振器块 52 的运动而膨胀和收缩， 以降低、 消除和 / 或最小化作用 于基底上的任何应力或者应变和 / 或补偿由于制造、 材料属性可能变化从而导致非 100％ 优化设计 ( 即使在采用有限元建模 ( 也被称为有限元分析， “FEA” 或者 “FE 分析” ) 的情况 下 ) 而产生的小的不对称造成的锚定点的小的剩余移动。 通过这种方式， MEMS 谐振器 50 的 锚定架构可以是相对无应力和 / 或无应变的， 这会显著降低、 减少、 最小化和 / 或消除任何 锚能量损失并且从而增加、 增强、 最大化 MEMS 谐振器 50 的 Q( 以及输出信号 )， 并且锚应力将对 MEMS 谐振器 50 的谐振频率具有很小影响或者没有影响。值得注意的是， 除了降低、 减 少、 最小化和 / 或消除锚能量损失， 耦合， 例如具有应力 / 应变释放机构 350a-350d 的耦合 56a-56d， 还抑制 MEMS 谐振器 50 的谐振器块 52 高出基底。
应力 / 应变释放机构 350 可以是公知的弹簧或者类似弹簧的部件， 或者可以是降 低、 消除和 / 或最小化 (i) 在锚的位置处作用于基底并且由通过基底或者在基底处锚定谐 振器块 52 的一个、 一些或者全部点的运动导致的应力和 / 或应变， 和 / 或 (ii) 谐振器块 52 与基底之间的能量传送的任何机构。
有利地， 在通过基底或者在基底处锚定 MEMS 谐振器 50 的点是运动的或者在期望 与基底附加去耦合的情况中实现应力 / 应变释放机构 350。例如， 还有利地， 采用应力 / 应 变释放机构 350 以降低、 消除和 / 或最小化谐振器块 52 与基底之间的能量传送 ( 例如， 在 存在阻抗不匹配或者在 “噪声” 起源于基底并且传输到谐振器块 52 的情况中 )。
在一些实施例中， 可以在 MEMS 谐振器 50 的一个、 一些或者全部节点处， 如果存在， 和 / 或一个或者多个锚处放置一个或者多个基底锚和 / 或应力 / 应变管理技术 / 结构。其 它基底锚定 - 应力 / 应变管理技术也是适合的。实际上， 可以以对称或者非对称方式在一 个或者多个非节点处将谐振器块 52 耦合到基底锚 ( 和应力 / 应变结构 )。 值得注意的是， 可以结合这里描述和 / 或说明的任何锚定技术和 / 或架构实现锚 定 - 应力 / 应变管理技术。
可以使用各种技术来制造和 / 或封装本发明的 MEMS 谐振器 50， 例如， 薄膜技 术、 基底键合技术 ( 例如， 键合半导体或者类似玻璃的基底 ) 以及预制造的封装 ( 例如 TO-8“罐” )。
实际上， 可以采用现在已知的或者今后开发的任何制造和 / 或封装技术。这样， 所 有这种制造和 / 或封装技术旨在落入本发明的范围之内。例如， 可以实现在下面的非临时 专利申请中描述和说明的系统、 器件和 / 或技术 ：
(1)2003 年 3 月 20 提 交 的 序 号 为 No.10/392,528， 发 明 名 称 为 “Electromechanical System having a Controlled Atmosphere ，and Method ofFabricating Same” 的非临时专利申请 ( 美国专利申请公开 No.2004/0183214) ；
(2)2003 年 6 月 4 提 交 的 序 号 为 No.10/454,867， 发 明 名 称 为 “Microelectromechanical Systems， and Method of Encapsulating andFabricating Same” 的非临时专利申请 ( 美国专利申请公开 No.2004/0248344) ； 以及
(3)2003 年 6 月 4 日 提 交 的 序 号 为 No.10/455,555， 发 明 名 称 为 “Microelectromechanical Systems Having Trench Isolated Contacts， andMethods of Fabricating Same” 的专利 ( 美国专利 No.6,936,491)。
可以采用上述专利申请中描述和图示的发明来制造本发明的 MEMS 谐振器 50( 包 括谐振器块 52)。 为了简化起见， 将不再重复那些讨论。 然而， 需要明确指出的是， 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， 但是除非另有说明， 本发明的各方面和 / 或实施例不局限于这些 特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点。
值得注意的是， 表 1 中说明的 MEMS 谐振器的尺度只是示例性的。可以使用各种技 术和 / 或经验数据 / 测量来确定根据本发明的 MEMS 谐振器的尺度、 特性和 / 或参数， 所述
各种技术包括建模和仿真技术 ( 例如， 经由计算机驱动的分析引擎实现的有限元建模和 / 或仿真处理， 例如， FEMLab( 来自 Consol)、 ANSYS(ANSYS INC.)、 IDEAS 和 / 或 ABAKUS)。例 如， 使用或者基于一组边界条件 ( 例如谐振器结构的尺寸 )， 可以采用有限元分析引擎来设 计、 确定和评估谐振器块的非均质结构的尺度、 特性和 / 或参数， 例如但不局限于 (i) 细长 的内部和外部区域， (ii) 连接器区域， (iii) 开口， 和 / 或 (iv) 下面讨论的谐振器结构的其 它元件或者属性。值得注意的是， 也可以采用经验方案 ( 除了或者代替有限元分析 ( 或者 其它 )) 来设计、 确定和评估谐振器块的非均质结构的尺度、 特性和 / 或参数， 例如但不局限 于 (i) 细长的内部和外部区域， (ii) 连接器区域， (iii) 开口， 和 / 或 (iv) 谐振器结构的其 它元件或者属性。
值得注意的是， 在一些实施例中， 可以由一个或者多个弯曲部分来代替谐振器块 52 的一个或者多个角， 例如角 66a-66d。关于弯曲部分的各种考虑在 2005 年 5 月 19 日提 交、 被授予美国专利申请序列号 11/132,941( 发明人 ： Lutz 以及 Partridge)， 并且发明名称 为 “MicroelectromechanicalResonator Structure， and Method of Designing， Operating and Using Same” 中进行了详细讨论。可以采用在前述专利申请中描述和说明的发明来设 计、 实现和 / 或制造本发明的一个或者多个 MEMS 谐振器。为了简化起见， 不再重复这些讨 论。然而， 要明确指出的是， 通过引用将上述专利申请全部内容并入本文， 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， 然而除非另有说明， 本发明的各 方面和 / 或实施例不局限于这些特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点。 在本发明的一些实施例中， MEMS 谐振器 50 采用温度管理技术， 以管理和 / 或控制 谐振器 50 的 Q 因数。为此， 在谐振器块 52 振动时， 谐振器块的一部分膨胀从而使膨胀的区 域中稍微冷却， 并且另一侧收缩从而使收缩的区域中稍微加热。热梯度导致从 “较热” 侧向 “较冷” 侧扩散。热的扩散 (“热流动” ) 导致能量损失， 这能够影响 ( 例如， 降低 )MEMS 谐 振器 50 的 Q 因数。通常将该效应称为热弹性耗散 (“TED” )， 这会是谐振结构的 Q 因数的 主要限制。因此， 实现温度管理技术以管理、 控制、 限制、 最小化和 / 或降低 TED 是有利的。
参照图 7A-7B， 在一个温度管理实施例中， 谐振器块 52 包括一个或者多个槽 360， 以在工作期间谐振器块的部分在膨胀和收缩时抑制 / 降低谐振器块 52 的不同部分之间的 热流动。谐振器块 52 内的热传输的抑制 / 降低可以使 MEMS 谐振器 50 的 Q 因数更高。该 温度管理方法能够影响谐振器块 52 的振动特性， 并且因此可以期望在谐振器 50 的设计期 间考虑这样的温度管理技术 ( 例如 FEA)。
除此之外或者作为其代替， 可以在一个或者多个耦合部分， 例如一个或者多个耦 合部分 56a-56d， 实现温度管理技术。 槽 360 可以是任意形状， 例如包括方形、 矩形、 圆形、 椭 圆形和 / 或卵圆形。实际上， 可以将具有无论是几何或者其它形状的任意形状的槽 360 结 合到谐振器块 52 中和 / 或耦合部分， 例如耦合部分 56a-56d。
槽 360 能够影响谐振器块 52 和 / 或一个或者多个耦合， 例如耦合 56a-56d， 的刚 度。槽也能够改变谐振器块 52 的一个或者多个区域表现出的移动量， 例如在包括一个或者 多个锚定点处表现出的移动量。
此外， 可以采用热 - 机械有限元分析引擎来增强谐振器 50 在工作期间的任何温度 考虑。为此， 热 - 机械有限元分析引擎可以对 MEMS 谐振器 50 的工作进行建模并且从而确 定槽的尺寸、 位置、 尺度和数量， 以实现谐振器块 52 和 / 或耦合部分 56a-56d 的一个或者多
个部分。通过这种方式， 可以增强和 / 或优化具有实现在其中的温度管理技术的 MEMS 谐振 器 50 的特性和 / 或 MEMS 谐振器 50 并且最小化和 / 或降低 TED 损失。
如上所述， 使用或者基于一组边界条件 ( 例如， 谐振器结构的尺寸 )， 可以采用有 限元分析和仿真引擎来设计、 确定、 和 / 或评估如下列出的尺度、 特性和 / 或参数 ： (i) 谐振 器块 52 的一个或者多个部分， 例如， 细长的外部区域 82、 细长的内部区域 84、 连接器区域 86， (ii) 一个或者多个节点 ( 如果存在的话 )， (iii) 耦合 56a-56d， (iv) 应力 / 应变机构 350， 和 / 或 (v) 温度管理结构 360。因此， 如上所述， 可以利用还被称为 “FEA” 或者 “FE 分 析” 的有限元建模 (FEM) 来优化本发明的结构的许多属性。
然而， 也可以采用经验方案 ( 除了或者代替有限元分析 ( 等等 ) 方案 ) 来设计、 确 定、 限定和 / 或评估如下列出的尺度、 特性和 / 或参数 ： (i) 谐振器块 52 的一个或者多个部 分， 例如细长的外部区域 82、 细长的内部区域 84、 连接器区域 86， (ii) 一个或者多个节点 ( 如果存在的话 )， (iii) 耦合 56a-56d， (iv) 应力 / 应变机构 350， 和 / 或 (v) 温度管理机 构 360。
如果 MEMS 谐振器 50 采用被对称锚定的具有圆角的方形谐振器块 52， 则谐振器块 52 的重心在工作期间可以保持相对恒定或者固定。值得注意的是， 具有圆角的方形谐振器 块 52 可以在统计上使高斯处理容限平均， 这会提供更好的参数控制。
可以由公知材料使用公知技术来制造本发明的 MEMS 谐振器。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。 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、 磷化铝镓或其它 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 ； 还有掺杂变体， 包括掺杂有磷、 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的区域 ( 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) 基底中或者该绝缘体上半导体基底上形成根据本发明的 MEMS 谐振器。出于简化目的， 在这 里不再论述这种制造技术。 然而， 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旨在落入本发明的范围之内 ( 例如， 使用标准或过尺寸 (“厚” ) 晶圆 ( 未示出 ) 的公知形成、 光刻、 蚀刻和 / 或沉积技术和 / 或键合技术 ( 即， 将两个标准 晶圆键合在一起， 其中下方 / 底部晶圆包括设置于其上的牺牲层 ( 例如氧化硅 ) 且之后对 上方 / 顶部晶片削薄 ( 研磨或者减薄 ) 并抛光以在其中或上方接收机械结构 ))。
值得注意的是， 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 晶圆。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 晶圆。为此， 可以使用体硅晶圆制造具 有较薄的第一半导体层的 SOI 基底， 通过氧对该体硅晶圆进行注入和氧化， 由此在单晶晶 圆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 ( 即， 在本示 例中即单晶硅 ) 上。
在将 MEMS 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 种几何形状的 MEMS 谐振器结构， 例如， 具有圆角的方形 MEMS 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。具体地说， 具有圆角的方形的谐振器块 52 可能固有地与单 晶硅的立方体结构更兼容。在标准晶圆上的每个横向正交方向 ( 例如 100、 010 或 110) 上， 可以将单晶硅的属性与具有几何形状的谐振器匹配。就此而言， 单晶硅的晶体属性可以与 具有几何形状的谐振器具有相同或适合的对称性。
还 可 以 使 用 这 种 有 限 元 建 模、 仿真和分析引擎来观察和 / 或确定在诸如锚 58a-58d 的一个或者多个锚和 / 或诸如基底 54 的基底上或处的不同非均质基底的影响和 / 或响应。
在本发明的一些方面， 结合在与本申请相同的日期提交的， 申请人为 Lutz 等人并 且发明名称为 “MEMS Resonator Array Structure and Method ofOperating and Using Same” 的非临时专利申请 ( 以下将其称为 “MEMS 谐振器阵列结构和方法专利申请” ) 中描述 和 / 或说明的一个或者多个结构和 / 或技术来采用这里描述和 / 或说明的一个或者多个结 构和 / 或技术。例如， 在一些实施例中， 将这里描述和 / 或说明的一个或者多个谐振器 50 的一个或者多个谐振器块 52 机械耦合为 MEMS 谐振器阵列。
为了简化起见， 将不再重复在 MEMS 谐振器阵列结构和方法专利申请中描述和 / 或 说明的结构和方法。然而， 清楚地注意到， 将例如包括全部所述发明和 / 或实施例的特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点的该 MEMS 谐振器阵列结构和方法专利申请的的全部 内容结合到此， 然而除非以其它方式说明， 本发明的方面和 / 或实施例并非局限于这样的 特征、 属性、 备选方案、 材料、 技术和 / 或优点。
值得注意的是， 尽管在包括具有矩形形状的谐振器块的 MEMS 谐振器的语境中阐 述了本发明的说明书的重要部分， 但是根据本发明的 MEMS 谐振器可以包括具有任何几何 形状的谐振器架构或者结构的 MEMS 谐振器。这里关于具有矩形形状的 MEMS 谐振器讨论的 所有特征、 实施例和备选方案适用于根据本发明的具有其它形状的 MEMS 谐振器。为了简化 起见， 这里不再重复这些讨论。
应该进一步注意到， 尽管在包括微机械结构或者元件的微机电系统语境中描述了 本发明的方面和 / 或实施例， 但是本发明并非局限于此。相反地， 这里描述的发明适于例如 包括纳米机电系统的其它机电系统。 为此， 除非以其它方式指出， 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。
如这里所使用的， 术语 “部分” 包括但不局限于整体结构的一部分和 / 或与一个或 多个其它部分形成整个元件或组件的分立的一个或者多个部分。例如， 一些结构可以是单 片构造， 或可以由两个或更多分立的片形成。 如果结构是单片构造， 则该单个片可以具有一 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 以具有或不具有任何类型的划界。如果结构是分立片构造， 则可以将每个片称为部分。此 外， 这种分立的片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， 则每一片可以物理接触或不接触一 个或多个其它片。此外， 在权利要求中， 术语 “槽” 表示具有任何形状和 / 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的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” 表示具有任何形状和 / 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， 除非以其它方式说明， 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” ， 以免不排除响应于和 / 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， 除非以其它方式说明， 诸如 “包括” 、 “具有” 、 “包含” 的术语及其所有形式都 被视为是开放的， 以不排除额外的元素和 / 或特征。
此外， 除非以其它方式说明， 诸如 “一” 、 “第一” 的术语均被视为是开放的。
值得注意的是， 可以单独地、 结合这里公开的任何其它方面和 / 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它结构和 / 或方法或其部分来采用这里公开 的任何方面和 / 或实施例或其部分。
可以在各种应用中实现根据本发明的一个或者多个方面的 MEMS 谐振器， 例如包 括其中采用谐振器或振动器的定时或时钟装置或时钟校准电路。 实际上， 例如， 可以在采用 时钟信号或参考时钟的任何系统或装置中实现根据本发明的一个或者多个方面的 MEMS 谐 振器， 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 / 记录器、 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， 这里描述的各种实施例并非旨在穷举本发明或将本发明限制到所公开的精确形式、 技术、 材料和 / 或配置。 根据描述、 说明和 / 或下面给出的权利要求， 其它实施例将变得显而易见， 所述其它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， 可以采用其它实施例， 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。因而， 本发明的范围旨在不仅仅受限于这一详细描述。