Abstract
在本文中我們探討了一些特殊的設計方法試圖提升CMOS-MEMS微機械共振器的性能，使共振器具備低運動阻抗的特性並同時保有高品質因數。為了達成此目標，我們結合了靜電吸附效應與機械耦合陣列設計以減少靜電換能間隙並大幅提升共振器的換能面積以及等效剛性。本論文對於共振器的極限功率負載以及被動溫度補償也有所著墨。 在論文中首先以CMOS-MEMS製程為平台開發出深次微米間隙雙鉗樑共振器陣列並探討其性能。藉由靜電吸附效應，我們能在傳統CMOS製程平台中實現深次微米換能間隙並大幅減少共振器的運動電阻。同時，在本設計中發生的邊界條件調變效應對於頻率的影響也已被定性的探討。我們也觀察到邊界條件調變效應與電致軟化效應兩種物理機制在不同的直流偏壓下會互相消長，最終會在特定的偏壓下產生一穩定頻率。 此外，我們也利用相同的設計概念來設計雙端自由樑共振器，目標頻率約在10.5百萬赫茲。由於雙端自由樑共振器只藉由細小的支撐樑來連結共振器與外部支撐框架，因此能夠消除邊界條件調變效應所帶來的負面影響。在此研究中，我們適當的設計機械耦合樑的耦合位置，成功的解決共振器陣列中容易產生的多餘模態問題。本篇論文不僅設計出高性能CMOS-MEMS共振器，並探討了單一共振器、五個共振器耦合陣列與九個共振器耦合陣列在不同直流偏壓下的特性以及不同陣列中極限功率負載的變化。 本文中所設計的高頻高Q值CMOS-MEMS微機械共振器非常適合作為振盪器或濾波器中的共振元件，其最終可與電路結合並應用於射頻電路或高性能數位電路當中，取代體積龐大的石英震盪器，以達成系統整合與體積縮小的目標。