原创 电磁能源辅助的湿化学蚀刻用于开发用于微机电系统的石英晶体

引言

本文将重点改进石英晶体的加工方法，但这些加工方法并不局限于石英，也可以应用于任何压电材料。今天几乎所有的电子设备都需要一个石英晶体谐振器。石英晶体以音叉的形式被用作定时装置，或作为通常的频率在MHz范围内的频率参考。调谐叉通常具有32 kHz的频率，然后该频率信号被转换为一秒脉冲以用于定时设备。频率参考用于推导用于通信的频率。频率参考的一个例子是在全球定位系统（GPS）中使用的振荡器，通常使用一个频率在8到20 MHz范围内的振荡器。从振荡器开始的频率乘以信号频率，GPS的信号频率分别为1.57542 GHz（LI）和1.2276 GHz。目前，石英晶体是单独修剪和包装的。它需要相当多的时间，并使高频谐振器的进一步小型化复杂化。通常，石英晶体的前置时间在6到8周之间。本研究表明，当石英湿蚀刻时，谐振器的频率调谐可以实现晶片级集成，从而消除了多个调谐步骤的需要。（江苏英思特半导体科技有限公司）

目前市场上的石英晶体设备

本节将总结目前市场上存在的石英晶体谐振器器件。本节的重要性在于要表明，对于任何应用都有一个石英晶体谐振器器件。表1总结了各种类型的石英晶体振荡器的能力。

表1 石英晶体振荡器

通常使用的谐振器的类型如表1 所示，以及对每种谐振器的简要描述如下。第一个要讨论的振荡器是晶体振荡器（XO），它是最基本的设计。XO由一个放大器和一个石英晶体谐振器组成。电压控制的晶体振荡器（VCXO）与XO相似，除了通过改变振荡器电路的电压来维持频率输出。在石英晶体谐振器行业中，重要的术语定义为：精度、长期稳定性、短期稳定性、温度稳定性、尺寸、预热时间、功耗和价格。精度是对振荡器整体频率稳定性的测量。振荡器的长期稳定性是器件内的老化速率。这个参数对于空间应用特别重要，因为这些任务持续时间很长。石英晶体的老化主要受到整个晶体的内部缺陷和应力的影响。

最初，石英晶体谐振器是由自然发生的晶体产生的，然而，天然晶体比合成晶体有更多的缺陷。石英晶体谐振器中存在的缺陷越多，老化程度就越严重。用于衡量这些设备性能的其他参数包括尺寸、预热时间、功耗和价格。如前所述，石英晶体振荡器的尺寸必须减少，以满足对较小的移动设备的需求。预热时间是指石英晶体振荡器打开后频率稳定所需的时间。功耗是系统最重要的参数之一，功耗越小，设备持续的时间就越长。最终的目标是让最小的设备可能在整个系统中消耗少量的功率，以最低的频率精度和非常高的价格。石英晶体一直是市场上的主要振荡器，直到最近，还没有竞争对手接近它。 （江苏英思特半导体科技有限公司）

石英晶体谐振器的竞争对手

现在将讨论比石英晶体更小的器件。频率参考资料主要用于手机或其他便携式电子产品。频率参考资料主要用于手机或其他便携式电子产品。消费电子产品的目标是降低设备的尺寸，同时降低成本，保持石英晶体的当前性能。与石英晶体竞争的主要技术是Si-MEMS和LC-CMOS。硅MEMS谐振器是设计成在特定频率上谐振的波束或板。LC-CMOS是一种LC电路（由一个电感器和电容组成），它将在由LC值定义的特定频率上产生谐振。电容器具有负电抗，而电感器具有正电抗。由于它们的180°相移，一旦电容和电感有相同的相等值，它们相互抵消产生一个谐振频率。表2为各种谐振器的能力比较。

表2石英晶体及其竞争对手

石英晶体的应用

石英谐振器几乎集成在所有的电子设备中，特别是无线传输系统，如GPS，这需要特殊的稳定性和超低的噪声性能。石英晶体的市场非常大，因为在几乎所有类型的电子系统中都需要有一个频率参考或一个定时设备。需要石英晶体谐振器的领域如下：汽车工业、消费市场(等。移动电话和电脑)，医疗应用程序(等。心脏起搏器)、军事应用程序和导航系统。（江苏英思特半导体科技有限公司）

通过本论文中讨论的方法，可以在石英晶体中创建各种结构，从而允许制造石英-mems器件。从陀螺仪到传感器，不同的石英切割可以制造出各种类型的设备。然而，本文将只讨论at切割石英晶体谐振器的创建。atc石英晶体是最常见的谐振器类型，由于其廉价的处理成本（相对于scc）和良好的热稳定性。然而，每个工艺都可以应用于石英晶体的任何切割。这项工作的主要重点是改进工业中石英晶体的加工工艺。