新型硅基MEMS兰姆波谐振器的理论和关键技术研究

项目通过深入研究硅基MEMS兰姆波谐振器基础理论，研究三项涉及增强其性能、突破其发展瓶颈以期走向实际应用的关键技术，包括：兰姆波谐振器Q值增强，寄生模式抑制以及谐振器温度补偿。课题组在研究兰姆波谐振器能量损耗机理的基础上，提出在谐振器中引入高Q值非压电材料，使谐振器的Q值突破压电材料阻尼损耗的制约；为最大限度防止谐振器通过支撑和边界区域外逸能量，本项目提出了全新的兰姆波谐振器的能量反射结构（如弧形渠）；为有效抑制甚至彻底消除寄生模式本项目提出了在谐振器工作模式振动节点处增加固定支撑的方案；为大幅提高兰姆波谐振器的温度稳定性，本课题组提出了兰姆波谐振器的温度补偿结构，使单芯片上的不同谐振频率兰姆波谐振器均具有良好的温度稳定性。本项目的MEMS兰姆波谐振器性能增强技术将直接推动下一代多频多模无线通信设备中射频滤波器和射频前端模块的发展与革新，满足通信、导航、生物传感器、国防等领域的巨大需求。

本项目深入地研究了硅基MEMS 兰姆波谐振器基础理论、模型仿真、设计方法、制造工艺、测试方法、谐振器相关应用等关键技术。具体研究了若干项涉及提升其性能、突破其发展瓶颈以期走向实际应用的关键技术，包括：兰姆波谐振器性能系数的增强，谐振器寄生模式抑制以及温度补偿的方法。课题组在研究兰姆波谐振器能量损耗机理的基础上，通过优化谐振器的几何结构以及优化工艺方法、研究品质因数与机电耦合系数的制约关系，设计并制造出同时具有高品质因数与高机电耦合系数的兰姆波谐振器，其在所有相关报道中具有最高的阻抗比，并具有相当高的性能系数。课题组在理论上得到了影响谐振器中各种模式的机电耦合系数的影响因素，通过理论分析、有限元仿真以及实际制造并测试，找到了在一定范围内准确控制模式机电耦合系数的方法。此外，基于机电耦合系数相关理论，发明了多种有效抑制甚至彻底消除谐振器主模附近的寄生模式的方法，为实现无纹波无毛刺的滤波器和低相位噪声的振荡器提供了有力技术支撑。同时，根据有限元仿真，设计得到了高效的温度补偿方法。本项目的MEMS 兰姆波谐振器性能增强技术将直接推动下一代多频多模无线通信设备中射频滤波器和射频前端模块的发展与革新，满足通信、导航、生物传感、国防等领域的巨大需求。在此项目完成的过程中，共培养2名博士和6名硕士，发表论文8篇，其中被SCI收录5篇，申请发明专利2项，l授权1项。