通过电弧束诱导的电刚度调节实现温度稳定的CMOS-MEMS谐振器

《Journal of Microelectromechanical Systems》：Temperature-Stable CMOS-MEMS Resonators via Arc-Beam-Induced Electrical Stiffness Tuning

被动温度补偿技术通过弧形束结构在CMOS-MEMS谐振器中实现，使2.08MHz FF-beam共振器的温度系数从-88.56 ppm/°C优化至+1.68 ppm/°C，整体频率漂移降低至1985 ppm，提升4.15倍。该技术验证了理论模型的有效性，具有高面积效率、无需额外制程且兼容标准CMOS工艺的特点，适用于多种谐振器拓扑。

　　

摘要：

本文提出了一种用于CMOS-MEMS谐振器的被动温度补偿技术，该技术利用弧形梁结构来产生温度依赖的电刚度。该技术采用标准的0.35微米2层多晶硅-4层金属（CMOS-MEMS）工艺实现，显著提升了谐振器的频率稳定性。具体而言，对于一个2.08 MHz的自由-自由（FF-beam）谐振器，其一阶温度系数（TCF1）从-88.56 ppm/°C降低到+1.68 ppm/°C，且在0°C至90°C的温度范围内的整体频率漂移从8236 ppm降低到1985 ppm，提高了4.15倍。一个综合的理论模型通过实验验证，能够准确预测间隙间距和频率变化行为。与以往基于电刚度的补偿结构相比，弧形梁设计具有更高的面积利用率，无需额外的制造步骤，并且完全兼容标准CMOS工艺。这种方法实现了紧凑、低功耗的频率稳定控制，可广泛应用于各种类型的谐振器结构。[2025-0122]