压电MEMS硅谐振器以及电子设备的制作方法

压电mems硅谐振器以及电子设备
技术领域
1.本发明涉及谐振器技术领域，具体涉及一种压电mems硅谐振器以及电子设备。


背景技术：

2.由于材料的热胀冷缩效应，谐振器的谐振频率会随温度变化发生漂移。器件的谐振频率对温度变化的灵敏程度可以由频率温度系数(tcf，temperature coefficient offrequency)表示，其涵义为温度每变化一度谐振频率的变化量。对于用多层不同材料构成的复合结构，其等效频率温度系数为每层材料频率温度系数的加权平均值，可表示为：
[0003][0004]
其中，λ
n
是复合等效频率温度系数，是第i层材料的n阶频率温度系数，e
i
，t
i
分别是第i层材料的杨氏模量和权重(如厚度)。因此，可通过调节各层材料之间的权重比以及杨氏模量和各阶tcf实现对复合结构等效tcf的调节，使其在一定温度范围内为零或近似为零，从而提高器件的稳定性。
[0005]
现有技术中，可以通过调控各层之间的厚度比例以及选择单晶硅晶相来调节谐振器的tcf。一方面，单晶硅的频率温度系数会随着掺杂浓度而改变，掺杂类型可以是p型或者n型掺杂，当掺杂浓度很高时(例如大于等于10
19
cm
‑3)，可以左右整个谐振器频率温度系数，甚至使谐振器的频率温度系数由负变正。另一方面，由于单晶硅在沿不同晶向的杨氏模量和刚度不同，因而也可以通过晶向的选择来调节单晶硅谐振器的频率温度系数。例如，某个谐振器中具有由上电极、aln压电层、下电极、硅温补层构成的复合结构悬臂梁，aln的一阶频率温度系数约为
‑
30ppm/k，则可调节单晶硅的掺杂浓度使整个谐振器的一阶频率温度系数接近0ppm/k，同时还可以调节各层之间的厚度比例及选择单晶硅的晶向，从而使tcf等于或接近零，从而达到温度补偿的目的。但是这种方法难以兼顾高阶频率温度系数，同时谐振器的品质因数和机电耦合系数可能因此恶化。


技术实现要素：

[0006]
有鉴于此，本发明提出一种进行精细温度补偿的压电mems硅谐振器结构，能够整体提高谐振器的性能和可靠性。
[0007]
本发明第一方面提出一种压电mems硅谐振器，器件中的谐振结构包括堆叠设置的电极层、压电层和非均匀掺杂的硅温补层，所述非均匀掺杂的硅温补层包含至少两种不同掺杂浓度，和/或，包含至少两种不同掺杂元素。
[0008]
可选地，在所述非均匀掺杂的硅温补层包含至少两种不同掺杂浓度的情况下，所述压电层中应力分布情况与所述硅温补层的掺杂浓度分布情况二者之间满足如下预设对应规则：当所述谐振结构工作在lam
é
拉梅模式，或者当所述压电层的厚度小于所述硅温补层厚度的情况下，所述压电层中应力分布情况与所述硅温补层的掺杂浓度分布情况二者呈
正相关；当所述谐振结构工作在lamb兰姆模式或弯曲模式，或者当所述压电层的厚度大于所述硅温补层厚度的情况下，所述压电层中应力分布情况与所述硅温补层的掺杂浓度分布情况二者呈负相关。
[0009]
可选地，所述谐振结构为悬臂梁、固支梁、简支梁或者振膜。
[0010]
可选地，所述谐振结构为沿着第一方向延伸的悬臂梁，所述悬臂梁包括沿第二方向堆叠的所述电极层、所述压电层和所述非均匀掺杂的硅温补层，其中，所述第一方向与所述第二方向互相垂直。
[0011]
可选地，所述硅温补层中，靠近所述悬臂梁的自由端的第一端面位置掺杂浓度最高，靠近所述悬臂梁的固定端的第二端面位置掺杂浓度最低，掺杂浓度沿着所述第一方向渐变。
[0012]
可选地，所述硅温补层中，靠近所述悬臂梁的自由端的第一端面位置掺杂浓度最低，靠近所述悬臂梁的固定端的第二端面位置掺杂浓度最高，掺杂浓度沿着所述第一方向渐变。
[0013]
可选地，所述硅温补层中，所述硅温补层的第一居中切面位置掺杂浓度最低，靠近所述悬臂梁的自由端的第一端面位置和靠近所示悬臂梁的固定端的第二端面位置掺杂浓度最高，掺杂浓度从所述第一居中切面向所述第一端面和第二端面分别渐变，其中，所述第一居中切面与所述第一端面和第二端面平行并且到二者距离相等。
[0014]
可选地，所述硅温补层中，靠近所述压电层的第一侧面位置掺杂浓度最高，远离所述压电层的第二侧面位置掺杂浓度最低，掺杂浓度沿着所述第二方向渐变。
[0015]
可选地，所述硅温补层中，靠近所述压电层的第一侧面位置掺杂浓度最低，远离所述压电层的第二侧面位置掺杂浓度最高，掺杂浓度沿着所述第二方向渐变。
[0016]
可选地，所述硅温补层中，所述硅温补层的第二居中切面位置掺杂浓度最低，靠近所述压电层的第一侧面位置和远离所述压电层的第二侧面位置掺杂浓度最高，掺杂浓度从所述第二居中切面向所述第一侧面和第二侧面分别渐变，其中，所述第二居中切面与所述第一侧面和第二侧面平行并且到二者距离相等。
[0017]
可选地，所述硅温补层中，所述硅温补层的第二居中切面位置掺杂浓度最高，靠近所述压电层的第一侧面位置和远离所述压电层的第二侧面位置掺杂浓度最低，掺杂浓度从所述第二居中切面向所述第一侧面和第二侧面分别渐变，其中，所述第二居中切面与所述第一侧面和第二侧面平行并且到二者距离相等。
[0018]
可选地，所述硅温补层中，所述硅温补层的中心点位置掺杂浓度最高，靠近所述压电层的第一侧面位置、远离所述压电层的第二侧面位置、靠近所述悬臂梁的自由端的第一端面位置以及靠近所述悬臂梁的固定端的第二端面位置掺杂浓度最低，掺杂浓度从所述中心点向周围渐变。
[0019]
可选地，所述硅温补层中，所述硅温补层的中心点位置掺杂浓度最低，靠近所述压电层的第一侧面位置、远离所述压电层的第二侧面位置、靠近所述悬臂梁的自由端的第一端面位置以及靠近所述悬臂梁的固定端的第二端面位置掺杂浓度最高，掺杂浓度从所述中心点向周围渐变。
[0020]
可选地，掺杂浓度最高位置的掺杂浓度大于等于10
19
cm
‑3，或者，大于等于10
20
cm
‑3。
[0021]
可选地，所述硅温补层中，在第二方向上的居中区域具有第一掺杂浓度，其余部位
具有第二掺杂浓度，所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
[0022]
可选地，所述硅温补层中，在第一方向上靠近所述悬臂梁的固定端的位置具有第一掺杂浓度，其余部位具有第二掺杂浓度，所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
[0023]
可选地，所述从动层中，在第一方向上靠近所述悬臂梁的固定端并且在第二方向上的居中的区域具有第一掺杂浓度，其余部位具有第二掺杂浓度，所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
[0024]
可选地，所述硅温补层中，在固定位置具有第一掺杂浓度，其余部位具有第二掺杂浓度，所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
[0025]
可选地，所述硅温补层中，所述第一掺杂浓度掺大于等于10
19
cm
‑3，或者，大于等于10
20
cm
‑3。
[0026]
本发明第二方面提出一种电子设备，其特征在于，包括本发明公开的压电mems硅谐振器。
[0027]
根据本发明的技术方案，依据谐振器在谐振状态下的温度分布、应力分布、位移量分布等参数，在谐振器中硅结构中采用不均匀分布掺杂方案，根据不同部位的需要设计相应的掺杂浓度，实现更精准的温度补偿(如各阶频率温度系数的全补偿)。另外，通过浓度分布调节单晶硅刚度的分布，当其刚度分布与应力、应变或位移场分布达到一定的相互匹配时，谐振器的机电耦合系数将得到提升。
附图说明
[0028]
为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
[0029]
图1为本发明第一实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0030]
图2为本发明第二实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0031]
图3为本发明第三实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0032]
图4为本发明第四实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0033]
图5为本发明第五实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0034]
图6为本发明第六实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0035]
图7为本发明第七实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0036]
图8为本发明第八实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0037]
图9为本发明第九实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0038]
图10为本发明第十实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0039]
图11为本发明第十一实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0040]
图12为本发明第十二实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图；
[0041]
图13为本发明第十三实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。
具体实施方式
[0042]
下面结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
根据本发明实施方式的压电mems硅谐振器，谐振结构具体包括堆叠设置的电极层、压电层和非均匀掺杂的硅温补层，非均匀掺杂的硅温补层包含至少两种不同掺杂浓度，和/或，包含至少两种不同掺杂元素。
[0044]
其中，非均匀掺杂的硅温补层包含至少两种不同掺杂浓度的情况下，压电层中应力分布情况与硅温补层的掺杂浓度分布情况二者之间满足预设对应规则。其中，器件中的谐振结构可以为悬臂梁、固支梁、简支梁或者振膜等形式。预设对应规则具体可以包括：(1)当谐振结构工作在lam
é
拉梅模式，或者当压电层的厚度小于硅温补层厚度的情况下，压电层中应力分布情况与硅温补层的掺杂浓度分布情况二者呈正相关；(2)当谐振结构工作在lamb兰姆模式或弯曲模式，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度的情况下，压电层中应力分布情况与硅温补层的掺杂浓度分布情况二者呈负相关。其中，“正/负相关”是指：压电层某个局部位置应力越大，则硅温补层对应的局部位置掺杂浓度越高/越低。根据本发明实施方式的压电mems硅谐振器，其中谐振结构为沿着第一方向延伸的悬臂梁，悬臂梁包括沿第二方向堆叠的电极层、压电层和非均匀掺杂的硅温补层，其中，第一方向与第二方向互相垂直。
[0045]
需要说明的是，该压电mems硅谐振器的具体结构可以灵活设计。例如：压电层
‑
电极层组成的堆叠可以位于硅温补层的垂直上方或者垂直下方或者水平侧方。电极层数量可以为两个，分别设置在压电层两侧；电极层数量也可以为仅一个，将简并掺杂的硅温补层充当另一个电极层，硅温补层与单个电极层构成工作电极对。可以是第一方向为水平方向并且第二方向为垂直方向，也可以是第一方向为水平面中x轴方向并且第二方向为水平面中y轴方向等等。
[0046]
以下以说明书附图中的各部分结构及材料加以说明：
[0047]
101：上电极，具体材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。另外，也可以采用非金属导电材料，如掺杂硅等。
[0048]
102：压电层，可选氮化铝、氧化锌、pzt等材料并包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。
[0049]
103：下电极，同101。下电极为可选结构，当硅温补层为重掺杂或者简并掺杂硅时，其可作为下电极使用。
[0050]
104：硅温补层，材料可选单晶硅、多晶硅等。其中颜色越深表示掺杂浓度越大。
[0051]
105：埋氧层。埋氧层为可选结构，如果不是soi晶圆加工悬臂梁，也可以无此结构层。
[0052]
106：空腔。
[0053]
107：基底，材料同104。
[0054]
图1为本发明第一实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，靠近悬臂梁的自由端的第一端面位置(即图示中的左端面)掺杂浓度最高，靠近悬臂梁的固定端的第二端面位置(即图示中的右端面)掺杂浓度最低，掺杂浓度沿着第一方向(即图示中的水平方向)渐变。
[0055]
具体地，第一实施例中在越靠近悬臂梁自由端位置掺杂浓度高，越靠近悬臂梁固定端掺杂浓度越低。使温度补偿更多的发生在应力、应变小的自由端，而应力、应变大的固定端不需要太高的掺杂浓度，因而避免了高浓度掺杂后由于固定端刚度变化过大导致的谐
振频率漂移。即在温度补偿的同时防止了掺杂的负面效应。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应大于热量分布导致的频率偏移效应时，例如当悬臂梁工作在lam
é
拉梅模式时，或者当压电层的厚度小于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0056]
图2为本发明第二实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，靠近悬臂梁的自由端的第一端面位置(即图示中的左端面)掺杂浓度最低，靠近悬臂梁的固定端的第二端面位置(即图示中的右端面)掺杂浓度最高，掺杂浓度沿着第一方向(即图示中的水平方向)渐变。
[0057]
具体地，第二实施例中的浓度分布和第一实施例相反。这里考虑了悬臂梁振动产热的热量分布。在固定端由于应力应变较大因而有更多的振动机械能转化为热，因此在固定端温度变化相对更明显。根据各部分温度分布进行相应的温度补偿能够保持各部分谐振频率稳定，避免因为不同部位间谐振频率变化不一致而产生振动模式的改变。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应小于热量分布导致的频率偏移效应时，例如当悬臂梁工作在lamb兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0058]
图3为本发明第三实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，硅温补层的第一居中切面位置掺杂浓度最低，靠近悬臂梁的自由端的第一端面位置(即图示中的左端面)和靠近所示悬臂梁的固定端的第二端面位置(即图示中的右端面)掺杂浓度最高，掺杂浓度从第一居中切面向第一端面和第二端面分别渐变，其中，第一居中切面与第一端面和第二端面平行并且到二者距离相等。
[0059]
具体地，第三实施例中考虑了固定端应力大产热多的情况因而固定端设计了较高的掺杂浓度。同时为避免了中间位置因掺杂导致刚度变化过大，因而将温度补偿更多的设置在自由端附近。当热量分布导致的频率偏移效应较明显时，例如当悬臂梁工作在兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0060]
图4为本发明第四实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，靠近压电层的第一侧面位置(即图示中的顶表面)掺杂浓度最高，远离压电层的第二侧面位置(即图示中的底表面)掺杂浓度最低，掺杂浓度沿着第二方向(即图示中的垂直方向)渐变。
[0061]
具体地，第四实施例中在振动过程中靠近硅温补层与下电极界面的位置，界面缺陷随着振动往复性滑动产生热能，因而此处温度变化较大，在界面附近可以设计较高的掺杂浓度。当热量分布导致的频率偏移效应较明显时，例如当悬臂梁工作在兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0062]
图5为本发明第五实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，靠近压电层的第一侧面位置(即图示中的顶表面)掺杂浓度最低，远离压电层的第二侧面位置(即图示中的底表面)掺杂浓度最高，掺杂浓度沿着第二方向(即图示中的垂直方向)渐变。
[0063]
具体地，第五实施例中在考虑应力分布的情况下，硅温补层的底表面较顶表面的应变更大，因而底表面温度变化较大。因此，底表面需要更高的掺杂浓度。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应较明显时，例如当悬臂梁工作在lam
é
拉梅模式时，或者当压电层的
厚度小于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0064]
图6为本发明第六实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，硅温补层中，硅温补层的第二居中切面位置掺杂浓度最低，靠近压电层的第一侧面位置(即图示中的顶表面)和远离压电层的第二侧面位置(即图示中的底表面)掺杂浓度最高，掺杂浓度从第二居中切面向第一侧面和第二侧面分别渐变，其中，第二居中切面与第一侧面和第二侧面平行并且到二者距离相等。
[0065]
具体的，第六实施例中综合考虑了第四实施例和第五实施例的情况，硅温补层靠近上下两表面的温度变化都较大，因而需要的温度补偿幅度也更大。在第六实施例中靠近硅温补层上下两侧的掺杂浓度较高，而在中间位置浓度较低。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应小于热量分布导致的频率偏移效应时，例如当悬臂梁工作在兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0066]
图7为本发明第七实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，硅温补层的第二居中切面位置掺杂浓度最高，靠近压电层的第一侧面位置(即图示中的顶表面)和远离压电层的第二侧面位置(即图示中的底表面)掺杂浓度最低，掺杂浓度从第二居中切面向第一侧面和第二侧面分别渐变，其中，第二居中切面与第一侧面和第二侧面平行并且到二者距离相等。
[0067]
具体地，第七实施例中为了降低硅温补层应变、应力大的上下两侧因为掺杂而导致的刚度变化。将浓度分布设计为中间高而上下两侧低，使得大应力区刚度变化不明显，从而在兼顾整体温度补偿的同时避免了因掺杂(刚度变化)导致的频率漂移。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应大于热量分布导致的频率偏移效应时，例如当悬臂梁工作在lam
é
拉梅模式时，或者当压电层的厚度小于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0068]
图8为本发明第八实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，硅温补层的中心点位置掺杂浓度最高，靠近压电层的第一侧面位置(即图示中的顶表面)、远离压电层的第二侧面位置(即图示中的底表面)、靠近悬臂梁的自由端的第一端面位置(即图示中的左端面)以及靠近悬臂梁的固定端的第二端面位置(即图示中的右端面)掺杂浓度最低，掺杂浓度从中心点向周围渐变。
[0069]
具体地，第八实施例中考虑到在大应力区因为掺杂导致刚度变化过大，进而使谐振频率漂移。在上述实施例中提到，梁的固定端和硅温补层上下两侧为大应力区，因而在此区域掺杂浓度可适当降低，将梁的中心和靠近自由端位置掺杂浓度升高。特别地，对于固直梁，则只有中心位置为高掺杂浓度区域。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应大于热量分布导致的频率偏移效应时，例如当悬臂梁工作在lam
é
拉梅模式时，或者当压电层的厚度小于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0070]
图9为本发明第九实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，硅温补层的中心点位置掺杂浓度最低，靠近压电层的第一侧面位置(即图示中的顶表面)、远离压电层的第二侧面位置(即图示中的底表面)、靠近悬臂梁的自由端的第一端面位置(即图示中的左端面)以及靠近悬臂梁的固定端的第二端面位置(即图示中的右端面)掺杂浓度最高，掺杂浓度从中心点向周围渐变。
[0071]
具体地，若考虑大应力区温度升高较多时，则第九实施例中掺杂浓度的分布和第八实施例相反。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应小于热量分布导致的频率偏移效应时，例如当悬臂梁工作在兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0072]
如背景技术中陈述：单晶硅的频率温度系数会随着掺杂浓度而改变，掺杂类型可以是p型或者n型掺杂，当掺杂浓度很高时(例如大于等于预设阈值时)，可以左右整个谐振器频率温度系数，甚至将频率温度系数由正变负或由负变正。因此，图1至图9所示的多个实施例中，为了更好的实现温补效果，掺杂浓度最高位置的掺杂浓度大于等于10
19
cm
‑3，进一步，掺杂浓度大于等于10
20
cm
‑3。
[0073]
图10为本发明第十实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，仅在第二方向上的居中区域(即在垂直方向的居中区域)具有第一掺杂浓度，其余部位具有第二掺杂浓度，第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度。
[0074]
具体地，可以只在部分区域进行简并掺杂以达到对特定位置进行温度补偿的目的。优选地，只在硅温补层的中轴面上进行掺杂，由于这一面上没有应变，因而最大限度的避免了因为杂质引入导致的频率变化。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应较明显时，例如当悬臂梁工作在lam
é
拉梅模式时，或者当压电层的厚度小于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0075]
图11为本发明第十一实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，在第一方向上靠近悬臂梁的固定端的位置具有第一掺杂浓度，其余部位具有第二掺杂浓度，第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度。
[0076]
具体地，第十一实施例中在固定端由于应力应变较大因而有更多的振动机械能转化为热，因此在固定端温度变化相对更明显。根据各部分温度分布进行相应的温度补偿能够保持各部分谐振频率稳定，避免因为不同部位间谐振频率变化不一致而产生振动模式的改变。当高应力区域掺杂导致的频率偏移效应小于热量分布导致的频率偏移效应时，例如当悬臂梁工作在lamb兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0077]
图12为本发明第十二实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，在第一方向上靠近悬臂梁的固定端并且在第二方向上的居中的区域(即图示的靠右端并且垂直方向上居中的位置)具有第一掺杂浓度，其余部位具有第二掺杂浓度，第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度。
[0078]
具体地，第十二实施例中只在靠近固定端的中间区域进行掺杂，这一区域是温度变化最明显、应力最大的区域，对这一区域进行温度补偿效果明显。当热量分布导致的频率偏移效应较明显时，例如当悬臂梁工作在兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0079]
图13为本发明第十三实施例的压电mems硅谐振器的剖面示意图。如图所示，该压电mems硅谐振器的硅温补层中，在固定端的位置具有第一掺杂浓度，其余部位具有第二掺杂浓度，第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度。在靠近悬臂梁的固定端位置掺杂，通过固定端和悬臂梁之间的机械耦合，同样可以实现悬臂梁谐振器的频率温度补偿；同时，由于掺杂位置不在悬臂梁上，这种方式可以避免悬臂梁掺杂带来的负面效应，如q值降低等。
[0080]
具体地，第十三实施例中在具有较大大应力的固定区域(此处为固定区域，并非靠近固定端的悬臂梁区域)进行高浓度掺杂，增加载流子浓度即导热速率增加，因而减缓振动产热导致的温漂现象。当热量分布导致的频率偏移效应较明显时，例如当悬臂梁工作在兰姆模式或弯曲模式时，或者当压电层的厚度大于硅温补层厚度时，优先选取本实施例的掺杂方式进行温度补偿。
[0081]
优选的，图10至图13所示的多个实施例中，为了更好的实现温补效果，第一掺杂浓度大于等于10
19
cm
‑3，进一步，第一掺杂浓度大于等于10
20
cm
‑3。
[0082]
本发明实施方式的电子设备，包括本发明公开的任一种压电mems硅谐振器。
[0083]
根据本发明的技术方案，依据谐振器在谐振状态下的温度分布、应力分布、位移量分布等参数，在谐振器中硅结构中采用不均匀分布掺杂方案，根据不同部位的需要设计相应的掺杂浓度，实现更精准的温度补偿(如各阶频率温度系数的全补偿)。另外，通过浓度分布调节单晶硅刚度的分布，当其刚度分布与应力、应变或位移场分布达到一定的相互匹配时，谐振器的机电耦合系数将得到提升。
[0084]
需要说明的是，以上为考虑一种或两种情况的掺杂浓度分布，也可以同时考虑多种因素进行掺杂浓度的设计。上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。