Mems谐振器结构以及结合所述谐振器结构使用的方法

专利名称：Mems谐振器结构以及结合所述谐振器结构使用的方法
技术领域：
本发明涉及微机电或纳米机电谐振器结构以及结合所述谐振器结构使用的方法。通常，高品质(“Q”)因数的微机电谐振器被认为是频率参考和滤波器的有希望选 择。然而，为了实现更高的频率，这种谐振器的尺度正在越缩越小。更小的尺度导致驱动和 /或感测电容变小，这可能又对谐振器的信号强度、稳定性和/或“Q”因数造成不利影响。需要一种有助于克服上述一个、一些或所有缺点的谐振器结构。其中需要具有增 加的驱动和/或信号电容的微机电和/或纳米机电谐振器，以增加谐振器的信号强度，稳定 性和/或“Q”因数。

发明内容
这里描述和说明了许多发明。本发明既不局限于任何单个方面也不局限于实施 例，也不局限于这样的方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独采用或者 结合本发明和/或实施例的其它方面中的一个或者多个采用本发明的每个方面和/或实施 例。出于简化目的，这里将不单独讨论许多这样的置换和组合。这里描述和说明了许多发明。本发明既不局限于任何单个方面也不局限于实施 例，也不局限于这样的方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独采用或者 结合本发明和/或实施例的其它方面中的一个或者多个采用本发明的每个方面和/或实施 例。出于简化目的，这里将不单独讨论许多这样的置换和组合。在本发明的一个方面中，一种微机电谐振器包括以体模式振动的谐振器块，所述 振动包括所述谐振器块至少部分沿第一方向和第二方向中的至少一个方向收缩的第一状 态，并且其中在所述第一状态下，所述谐振器块至少部分沿第三方向和第四方向中的至少 一个方向膨胀，所述第二方向与所述第一方向相反，所述第四方向与所述第三方向相反，其 中，所述谐振器块包括第一多个区域，所述第一多个区域分别具有密度；以及第二多个区 域，所述第二多个区域分别具有密度，其中所述第二多个区域中的每一个区域的所述密度 与所述第一多个区域中的每一个区域的所述密度不同；并且其中将所述第二多个区域设置 为非均勻结构。而且，这里描述和说明了许多发明。该发明内容部分并非穷举本发明的范围。而 且，该发明内容部分并非旨在限制本发明并且不应该按照这种方式进行解释。因而，尽管在 该发明内容部分中描述和/或概括了某些方面和实施例，但是应该理解，本发明并非局限 于这样的方面、实施例、描述和/或概括。实际上，根据下面的描述、说明和/或权利要求， 与在本发明内容部分中提供的方面和实施例不同和/或类似的许多其它方面和实施例将 变得显而易见。
此外，尽管在该发明内容部分中描述了各种特征、属性和优点和/或根据该发明 部分而使各种特征、属性和优点变得明显，但是应该理解，不要求这样的特征、属性和优点， 并且除非以其它方式表明，这样的特征、属性和优点不需要存在于本发明的方面和/或实 施例中。而且，通过下面的详细描述和附图，本发明的一个或者多个方面和/或实施例的 各种目的、特征和/或优点将变得更加明显。然而应该理解，不要求任何这样的目的、特征 和/或优点，并且除非以其它方式说明，这样的目的、特征和/或优点不需要存在于本发明 的方面和/或实施例中。应该理解，在该发明内容中描述但是没有在随后的权利要求中呈现的本发明的各 方面和实施例被保留用于提供在一个或者多个分案/接续专利申请中。还应该理解，没有 在该发明内容部分描述并且也没有在随后的权利要求中呈现的本发明的全部方面和/或 实施例也被保留用于提供在一个或者多个分案/接续专利申请中。


在下面的详细描述过程中，将参考附图。这些附图示出了本发明的不同方面，并且 在适当的时候，以类似方式标注不同附图中说明相似结构、部件、材料和/或元件的附图标 记。应理解，想到了除那些具体示出之外的结构、部件、材料和/或元件的各种组合，并且它 们在本发明的范围之内。图IA是一种类型的微机电谐振器装置处于静止状态下的示意性俯视图；图IB是图IA的谐振器处于第一振动状态下的示意性俯视图，其中与所述静止状 态相比，所述谐振器沿第一轴收缩并且沿第二轴膨胀；图IC是图IA的谐振器处于第二振动状态下的示意性俯视图，其中与所述静止状 态相比，所述谐振器沿第一轴膨胀并且沿第二轴收缩；图2A是根据本发明某些方面处于静止状态下的谐振器的示意性俯视图；图2B是图2A的谐振器处于静止状态下的谐振器块的部分的放大的示意性俯视 图；图2C是图2A的谐振器处于静止状态下的一部分的示意性透视图；图2D是图2A的谐振器处于静止状态下的一部分的放大的示意性透视图；图2E是图2A的谐振器处于第一振动状态下的示意性俯视图；图2F是图2A的谐振器处于第二振动状态下的示意性俯视图；图2G是说明图2A的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图，所述谐振器 处于第一振动状态下，以及说明处于静止状态下的所述谐振器块的轮廓的示意性俯视图；图2H是说明图2A的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图，所述谐振器 处于第二振动状态下，以及说明处于静止状态下的所述谐振器块的轮廓的示意性俯视图；图3A是根据本发明另一实施例的MEMS谐振器的示意性俯视图；图3B是图3A的MEMS谐振器处于静止状态下的一个实施例的示意性俯视图；图3C是图3B的MEMS谐振器的谐振器块处于静止状态下的一个实施例的放大的 示意性俯视图；图3D是说明图3A的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图，所述谐振器处于第一振动状态下，以及说明处于静止状态下的谐振器块的轮廓的示意性俯视图；图3E是说明图3A的谐振器的谐振器块和锚的轮廓的示意性俯视图，所述谐振器 处于第二振动状态下，以及说明处于静止状态下的谐振器块的轮廓的示意性俯视图；图4A是根据本发明某些方面的谐振器的谐振器块和电极的一个实施例的示意性 俯视图，结合根据本发明某些方面可以与其一起采用的驱动电路和感测电路的一个实施例 的示意性方框图； 图4B是根据本发明某些实施例的图4A的感测电路和驱动电路的一个实施例的示 意性方框图；图4C是根据本发明某些方面的谐振器的谐振器块和电极的一个实施例的示意性 俯视图，结合根据本发明某些方面可以与其一起采用的驱动电路和感测电路的另一个实施 例的示意性方框图；图4D是根据本发明某些实施例的图4C的感测电路和驱动电路的实施例的示意性 方框图；图5A是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的示意性俯视图；图5B是图5A的谐振器处于第一振动状态下的示意性俯视图；图5C是图5A的谐振器处于第二振动状态下的示意性俯视图；图6A是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的示意性俯视图；图6B是图6A的MEMS谐振器处于静止状态下的一个实施例的示意性俯视图；图6C是图6A的谐振器的示意性俯视图，所述谐振器处于第一振动状态下；图6D是图6A的谐振器的示意性俯视图，所述谐振器处于第二振动状态下；图7A是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的一部分的放大的示意 性俯视图；以及图7B是根据本发明另一实施例处于静止状态下的谐振器的一部分的放大的示意 性俯视图。
具体实施例方式存在这里描述和说明的许多发明。在本发明的一个方面中，谐振器包括具有非 均质结构的谐振器块，该非均质谐振器块为谐振器块提供在位置和方向上都变化的刚度 (stiffness)，以使得在振动期间所述谐振器块表现出有助于增加所述谐振器的感测电容、 信号强度、稳定性和/或“Q”因数的形状。值得注意的是，本发明是在微机电系统的语境中描述的。然而，本发明并不局限于 此。相反，这里描述的发明适用于包括例如纳米机电系统的其它机电系统。因而，本发明涉 及实现本发明的谐振器架构中的一个或多个的微机电和纳米机电(在下文中除非专门给 出相反指定，这里统称为“MEMS”)系统，例如，陀螺仪、谐振器和/或加速度计。存在几种类型的公知微机电谐振器装置。图IA说明了一种这样类型的谐振器装 置20的俯视图。该谐振器装置20包括经由耦合(coupling) 26a-26d和锚28a_28d锚定到 基底24的谐振器块22。谐振器块22包括四个外表面30a-30d。在非工作(静止)状态下，谐振器块22具有如图所示的大致方形形状。在这种状 态下，表面30a、30c与沿第一和第二方向32a、32b延伸的第一参考轴32平行。表面30b、
730d与沿第三和第四方向34a、34b延伸的第二参考轴34平行。四个外表面30a-30d限定了四个角36a_36d。例如，第四外表面30d的第一端和 第一外表面30a的第一端限定第一角36a。第一外表面30a的第二端和第二外表面30b的 第一端限定第二角36b。第二外表面30b的第二端和第三外表面30c的第一端限定第三角 36c。第三外表面30c的第二端和第四外表面30d的第二端限定第四角36d。谐振器块22还包括多个开口 37。在制造谐振器20期间，开口 37有助于从谐振器 块22下方蚀刻和/或去除牺牲材料，使得谐振器块22如下所述自由振动。谐振器还包括分别与外表面30a-30d并排设置并且平行的四个电极38a_38d。电 极38a-38d中的每一个与各自外表面30a-30d间隔开一间隙。例如，第一电极38a与外表 面30a间隔开间隙40a。第二电极38b与外表面30b间隔开间隙40b。第三电极38c与外 表面30c间隔开间隙40c。第四电极38d与外表面30d间隔开间隙40d。在非工作的静止 状态下，谐振器块22大致在四个电极38a-38d之间居中，并且间隙40a-40d在尺寸上大致 相等。电极38a_38d和谐振器块22共同限定四个电容。例如，第一电极38a和谐振器块 22限定第一电容。第二电极38b和谐振器块22限定第二电容。第三电极38c和谐振器块 22限定第三电容。第四电极38d和谐振器块22限定第四电容。在所说明的实施例中，将电极中的两个，例如第一和第二电极38a、38b，用作驱动 电极。另外两个电极，例如第三和第四电极38c、38d，用作感测电极。在工作中，两个驱动电 极，例如第一和第二电极38a、38b，分别经由信号线42a、42b接收差分激励信号D+、D-。激 励信号诱发时变的静电力，该静电力使得谐振器块22振动。如下文进一步描述的，谐振器22在平面内以体声模式(经常被称为“体模式”)振 动。振动可以是线性或基本线性的，例如由线性、静止微分运动方程描述。如果谐振器22 具有高“Q” (品质因数)因数，则振动期间谐振器22的形状主要取决于谐振器22的特性。除非以其它方式指明，短语“以体模式振动”可以表示至少基本通过膨胀和/或收 缩而非通过弯曲来振动。例如，固体可以沿至少一个方向/尺度(例如，“X”方向)收缩， 并沿至少一个方向/尺度(例如，“y”和/或“ζ”方向)膨胀。固体可以沿至少一个方向 /尺度(例如，“χ”方向)膨胀，并沿至少一个方向/尺度(例如，“y”和/或“ζ”方向)收 缩。实际上，固体可以沿所有方向/尺度收缩(提供非常高的频率)。值得注意的是，尽管下面的论述描述了沿一个方向的收缩/膨胀，但谐振器可以 沿多于一个方向/尺度(例如，在“χ”和“y”方向上同时)膨胀和/或收缩。在这一实施 例中，在可能对高频下较低噪声有利的频率模式下驱动谐振器。可以通过驱动适当电极来 “选择”这一模式。在一些实施例中，至少百分之九十的振动是膨胀和/或收缩而非弯曲的结果，更 优选地，全部或基本全部振动都是膨胀和/或收缩而非弯曲的结果。类似地，除非以其它方 式指明，短语“体模式谐振器”表示以体模式振动的谐振器。参照图1B，在第一振动阶段中，谐振器块22(i)沿第一和第二方向32a、32b收缩， 并(ii)沿第三和第四方向34a、34b膨胀，产生谐振器块22的第一状态。沿第一和第二方 向32a、32b的收缩导致第二和第四间隙40b、40d尺寸增大。沿第三和第四方向34a、34b的 膨胀导致第一和第三间隙40a、40c尺寸减小。为了比较，虚线30a' -30d'分别示出了在静止状态下表面30a-30d的形状和位置。参照图1C，在第二振动阶段中，谐振器块22(i)沿第一和第二方向32a、32b膨胀， 并(ii)沿第三和第四方向34a、34b收缩，产生谐振器块22的第二状态。沿第一和第二方 向32a、32b的膨胀导致第二和第四间隙40b、40d尺寸减小。沿第三和第四方向34a、34b的 收缩导致第一和第三间隙40a、40c尺寸增大。振动在感测电极，例如第三和第四电极38c、38d，以及耦合到其上的信号线42c、 42d处产生表示该振动的差分信号S+、S-。差分信号S+、S-可以例如是差分电压和/或差 分电流的形式。例如，在第一振动阶段中，第四间隙40d尺寸增大导致第四电容(即，由第 四电极38d和谐振器22限定)的大小减小，这又导致电流进出第四电极38d以及第四电极 38d的电压与之相应的变化。第三间隙40c尺寸减小导致第三电容(S卩，由第三电极38c和 谐振器22限定)的大小增大，这又导致电流进出第三电极38c以及第三电极38c的电压与 之相应的变化。类似地，在第二振动阶段中，第四间隙40d尺寸减小导致第四电容(即，由第四电 极38d和谐振器22限定)的大小增大，这又导致电流进出第四电极38d以及第四电极38d 的电压与之相应的变化。第三间隙40c尺寸增大导致第三电容(即，由第三电极38c和谐 振器22限定)的大小减小，这又导致电流进出第三电极38c以及第三电极38c的电压与之 相应的变化。差分信号S+、S-的大小至少部分取决于每个振动阶段中第三电容的变化大小和 第四电容的变化大小，即，谐振器22和例如第三和第四电极38c、38d的感测电极之间电容 性换能的大小。值得注意的是，谐振器块52的外表面30a-30d和/或角36a_36d的端部分 别表现出朝向或者远离电极38a-38d的很少移动或者不移动。结果，与如果外表面30a-30d 的端部分别如外表面30a-30d的中点表现出的分别朝向或者远离电极38a-38d的相同量的 移动时所表现出的第三电容的变化大小以及第四电容的变化大小相比，该第三电容的变化 大小以及第四电容的变化大小明显更小。结果，与如果外表面30a-30d的端部分别如外表 面30a-30d的中点表现出的分别朝向和远离电极38a-38d表现出相同量的移动时所表现出 的差分感测信号S+，S-的大小相比，该差分感测信号S+，S-的大小明显更小。如上所述，在本发明的一个方面中，谐振器包括具有非均质结构的谐振器块，该非 均质结构为谐振器块提供在位置上变化的刚度，使得在振动期间谐振器块表现出有助于增 加谐振器的感测电容、信号强度，稳定性和/或“Q”因数。图2A是根据本发明某些方面的MEMS谐振器50的示意性俯视图。MEMS谐振器50 包括经由耦合56a-56d和锚58a-58d锚定到基底54的谐振器块52。谐振器块52具有第一 和第二主外表面59a、59b(例如，分别设置在谐振器块52的顶部和底部上)以及四个外表 面60a-60d(设置在谐振器52的侧面上)。四个外表面60a-60d分别具有长度La_Ld。在非 工作(静止)状态下，谐振器块具有通常为方形的形状并且长度La-Ld彼此相等或者至少 基本彼此相等。在这样的状态下，表面60a、60c与沿第一和第二方向62a、62b延伸的第一 参考轴62平行。表面60b、60d与沿第三和第四方向62c、62d延伸的第二参考轴64平行。 第一外表面60a的中点和第三外表面60c的中点设置在第二参考轴64上。第二外表面60b 的中点和第四外表面60d的中点设置在第一参考轴62上。表面60a-60d中的每一个还与 沿第五和第六方向65a、65b (图2C)延伸的第三参考轴65平行(图2C)，所述第五和第六方
9向与第一和第二方向62a、62b以及第三和第四方向64a、64b垂直。值得注意的是，尽管描述和说明了第一、第二和第三参考轴，但谐振器50和/或谐 振器块52可以具有或不具有任何轴。因而，在一些实施例中，谐振器50和/或谐振器块52 可以具有一个轴、两个轴、三个轴和/或根本没有轴。在一些实施例中，四个外表面60a-60d限定了四个角66a_66d。例如，第四外表面 60d的第一端和第一外表面60a的第一端限定第一角66a。第一外表面60a的第二端和第二 外表面60b的第一端限定第二角66b。第二外表面60b的第二端和第三外表面60c的第一 端限定第三角66c。第三外表面60c的第二端和第四外表面60d的第二端限定第四角66d。谐振器块52还包括中心72和对角线74a、74b。对角线74a、74b在中心72处彼此 交叉。一条对角线，即对角线74a，从角66a延伸到角66c。另一条对角线，即对角线74b，从 角66b延伸到角66d。第一和第二对角线74a、74b将谐振器块52划分为四个三角形部分80a-80d。第一 和第三部分80a、80c以第二轴64为中心。第二和第四部分80b、80d以第一轴62为中心。在所说明的实施例中，四个部分80a-80d具有类似的配置。每一部分80a-80d包 括第一多个区域，该第一多个区域包括细长的外部区域82、细长的内部区域84和连接器区 域86。第一部分80a的细长的外部区域82限定第一外表面60a。第二部分80b的细长的外 部区域82限定第二外表面60b。第三部分80c的细长的外部区域82限定第三外表面60c。 第四部分80d的细长的外部区域82限定第四外表面60d。将细长的内部区域84设置为线性阵列并且连接到细长的外部区域82。所说明的 实施例包括从细长的外部区域82垂直延伸的十七个细长的内部区域84，然而其它实施例 可以采用细长的内部区域84的其它数量、配置和/或结构。将连接器区域86设置为具有多行和列的阵列。在所说明的实施例中，例如该阵列 包括四行，即行9(^-904，和十六列，即列92^92,将行9(^-904设置为与细长的外部区域82 平行。列92^92^与细长的外部区域垂直并且点缀延长的内部区域84。更具体地说，设置 连接器区域86的每一个列92f9216并且将其连接在细长的内部区域84的各自对之间以将 细长的内部区域84的这样的对彼此连接。例如，将连接器区域86的第一列92i设置在第 一和第二细长的内部区域84之间并且将第一和第二细长的内部区域84彼此连接。每一部分80a-80d还限定第二多个区域，第二多个区域中的每一个的密度比第一 多个区域中的每一个的密度小。可以配置和/或设置第二多个区域以产生谐振器块52的 期望振动模式和/或振动期间的期望形状。在所说明的实施例中，第二多个区域是通过谐振器块52延伸(例如从第一主外表 面59a到第二主外表面59b)的开口 94的形式。在制造谐振器50期间，开口 94还有助于 从谐振器块52下方蚀刻和/或去除牺牲材料，从而使得谐振器块52如下所述自由振动。将例如开口 94的第二多个区域设置为非均勻结构以使谐振器块的刚度在位置上 变化，以有助于为谐振器块提供期望的振动模式和/或振动期间的期望形状。该非均勻结 构的非均勻程度大于由于与谐振器块52的制造相关联的正常制造容限引起的程度。在所说明的实施例中，一些开口在与细长的外部区域82垂直的方向上伸长并且 被设置为多行和列，例如，五行96厂965和十六列QS1-QS1615将行Qe1-Qe5设置为与细长的外 部区域82平行。列QS1-QS16分别与连接器区域86的列92^92^对准。更具体地说，开口94的列98^98^中的开口 94点缀在连接器区域86的相关联的列92^92^中的连接器区域 86。例如，开口 94的第一列98i中的开口 94点缀连接器区域86的第一列92i中的连接器 区域86。将开口 94的每一列QS1-QS16中的一个开口 94设置在细长的外部区域82和连接 器区域86的相关联的列92^92^中的连接器区域86之间。例如，将开口 94的第一列QS1 中的第一开口 94设置在细长的外部区域82和连接器区域86的第一列92i中的第一连接器 区域86之间。将开口 94的每一列98^98^中的其它开口 94设置在连接器区域86的相关 联的列92^92^中的相邻连接器区域86之间并且与这样的连接器区域86分隔开。例如， 将开口 94的第三列983中的第二开口 94设置在连接器区域86的第三列923中的第一和第 二连接器区域86之间并且与这样的连接器区域86分隔开。位于开口 94的一个或者多个行96厂965的端部处的开口 94可以与谐振器块52的 相邻部分中的相应开口 94连通以限定“L”形开口(即，具有“L”形截面的开口)。该“L”形 开口可以分别具有设置在对角线74a、74b的一条上并且指向谐振器块52的中心72的角。 在所说明的实施例中，例如，位于部分80a中开口 94的第二、第三、第四和第五行962-965的 一端处的开口 94与部分80b中的相应开口 94连通，以限定分别具有设置在对角线74b上 并且指向中心72的角的“L”形开口。位于部分80a中开口 94的第二、第三、第四和第五行 962-965的另一端处的开口 94与部分80d中的相应开口 94连通，以限定分别具有设置在对 角线74a上并且指向中心72的角的“L”形开口。位于部分80c中开口 94的第二、第三，第 四和第五行962-965的一端处的开口 94与部分80b中的相应开口 94连通，以限定分别具有 设置在对角线74a上并且指向中心72的角的“L”形开口。位于部分80c中开口 94的第二、 第三、第四和第五行962-965的另一端处的开口 94与部分80d中的相应开口 94连通，以限 定分别具有设置在对角线74b上并且指向中心72的角的“L”形开口。其它开口 94沿与细长的外部区域82平行的方向伸长。这样的开口 94可以与位 于谐振器块52的相邻部分中的相应开口连通，以限定“L”形开口(即，具有“L”形截面的 开口)。该“L”形开口可以分别具有设置在对角线74a、74b中的一条上并且远离谐振器块 52的中心72的角。在所说明的实施例中，例如，部分80a中的开口与部分80b中的相应开 口连通，以限定具有设置在对角线74b上并且远离中心72的角的“L”形开口。部分80a中 的另一开口与部分80d中的相应开口连通，以限定具有设置在对角线74a上并且远离中心 72的角的“L”形开口。部分80c中的开口与部分80b中的相应开口连通，以限定具有设置 在对角线74a上并且远离中心72的角的“L”形开口。部分80c中的另一开口与部分80d 中的相应开口连通，以限定具有设置在对角线74b上并且远离中心72的角的“L”形开口。在一些实施例中，第一部分80a中的开口具有沿第一和第二方向62a、62b的第一 尺度以及沿第三和第四方向64a、64b的第二尺度。第二部分80b中的开口具有沿第一和第 二方向62a、62b上的第一尺度以及沿第三和第四方向64a、64b上的第二尺度。第一部分 80a中的开口的第一尺度可以与第二部分80b中的开口的第一尺度不同。第一部分80a中 的开口的第二尺度可以与第二部分80b中的开口的第二尺度不同。在所说明的实施例中，每一个开口 94具有例如长度100的第一尺度和例如宽度 102的第二尺度。开口 94的相邻行分隔开距离104。开口 94的相邻列分隔开距离106。在 一些实施例中，开口 94的相邻列之间的距离104等于或者大约等于开口的相邻列之间的距 离 106。
在一些实施例中，开口 94中的一个、一些或者全部的长度100至少是开口 94的相 邻行之间的距离104的1/2和/或至少是开口 94的相邻列之间的距离106的1/2，更优选 地大于或者等于开口 94的相邻行之间的距离104和/或大于或者等于开口 94的相邻列之 间的距离106。在一些实施例中，一个或者多个开口 94的长度100是开口 94的相邻行之间 的距离104的1. 25倍和/或大约1. 25倍和/或开口 94的相邻列之间的距离106的1. 25 倍和/或大约1.25倍。在一些实施例中，每一个开口 94的宽度102小于开口 94的相邻列之间的距离106 和/或小于开口 94的相邻行之间的距离104，更优选地小于开口 94的相邻列之间的距离 106的1/2和/或小于开口 94的相邻行之间的距离104的1/2。在一些实施例中，一个或 者多个开口 94的宽度102可以是开口 94的相邻列之间的距离106的六分之一(1/6)和/ 或大约六分之一(1/6)和/或开口 94的相邻行之间的距离104的六分之一(1/6)和/或 大约六分之一(1/6)。第一多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中，例如，第一 多个区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中，第一多个区域中的 一个或者多个区域具有与第一多个区域中的一个或者多个其它区域不同的密度。同样地， 第二多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中，例如，第二多个区域 中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中，第二多个区域中的一个或者 多个区域具有与第二多个区域中的一个或者多个其它区域不同的密度。谐振器块52的刚度在方向和位置上变化。例如，谐振器块52的每一部分具有沿 第一和第二方向62a、62b的刚度(即，关于沿第一和第二方向62a、62b的力的刚度)、沿第 三和第四方向64a、64b的刚度(即，关于沿第三和第四方向64a、64b的力的刚度)以及沿 第五和第六方向65a、65b(图2C)的刚度(即，关于沿第五和第六方向65a、65b(图2C)的 力的刚度)。沿第一和第二方向62a、62b的刚度、沿第三和第四方向64a、64b的刚度以及沿 第五和第六方向65a、65b (图2C)的刚度可以彼此相等或者不相等。沿第一和第二方向62a、62b的刚度与沿第三和第四方向64a、64b的刚度可以均是 位置的函数。例如，谐振器块52的一个区域可以具有沿第一和第二方向62a、62b的刚度， 该刚度与另一区域沿第一和第二方向62a、62b的刚度不同。同样地，一个区域可以具有沿 第三和第四方向64a、64b的刚度，该刚度与另一区域沿第三和第四方向64a、64b的刚度不 同。第二多个区域的例如开口 94的存在降低了位于谐振器块52的一个或者多个位置 处沿一个或者多个方向的刚度。在所说明的实施例中，例如，位于谐振器块52的第一和第 三部分80a、80c中的开口 94降低了这些部分沿第一和第二方向62a、62b的刚度。位于第 二和第四区域80b、80d中的开口 94降低了这些部分80b、80d沿第三和第四方向84a、84b 的刚度。刚度的降低的大小是位置的函数。在所说明的实施例中，最大降低沿着通过第一 行96i延伸的线(S卩，开口 94的最接近细长的外部区域82并且最远离中心72的行)，该第 一行96i是距离第二多个区域94具有最大数量和/或体积的区域的行。第二最大降低沿着 通过开口 94的第二行962延伸的线(即，开口 94的第二最接近细长的外部区域82并且第 四最接近中心72的行)，该第二行962是距离第二多个区域94具有第二最大数量和/或体积的区域的行。第三最大降低沿着通过开口 94的第三行963延伸的线(即，开口 94的第 三最接近细长的外部区域82并且第三最接近中心72的行)，该第三行963是距离第二多个 区域94具有第三最大数量和/或体积的区域的行。第四最大降低沿着通过开口 94的第四 行964延伸的线(即，开口 94的第四最接近细长的外部区域82并且第二最接近中心72的 行)，该第四行964是距离第二多个区域94具有第四最大数量和/或体积的区域的行。刚 度的最小降低沿着通过开口 94的第五行965延伸的线(S卩，开口 94的最远离细长的外部 区域82并且最接近中心72的行)，该第五行965是距离第二多个区域94具有最小数量和 /或体积的区域的行。因此，在设置在第一轴62和/或中心72附近(和/或上)的区域处沿第一和第二 方向62a、62b的刚度通常比在设置在外表面60a、60c和/或角66a_66d附近(和/或上) 的区域处沿第一和第二方向62a、62b的刚度要大。在设置在第二轴64和/或中心72附近 (和/或上)的区域处沿第三和第四方向64a、64b的刚度通常比在设置在外表面60b、60d 和/或角66a-66d附近(和/或上)的区域处沿第三和第四方向64a，64b的刚度要大。谐振器50还包括分别与外表面60a-60d并排设置并且平行的四个电极 138a-138d。例如，第一电极138a与外表面60a并排设置并且平行。第二电极138b与外 表面60b并排设置并且平行。第三电极138c与外表面60c并排设置并且平行。第四电极 138d与外表面60d并排设置并且平行。电极138a_138d分别与外表面60a_60d分隔开间隙140a_140d。例如，第一电极 138a与外表面60a分隔开间隙140a。第二电极138b与外表面60b分隔开间隙140b。第 三电极138c与外表面60c分隔开间隙140c。第四电极138d与外表面60d分隔开间隙 140d。在非工作的静止状态下，谐振器块52大致在四个电极138a-138d之间居中并且间隙 140a-140d在尺寸上大致相等。电极138a_138d和谐振器块52共同限定四个电容。第一电极138a和谐振器块52 限定第一电容。第二电极138b和谐振器块52限定第二电容。第三电极138c和谐振器块 52限定第三电容。第四电极138d和谐振器块52限定第四电容。如下面进一步描述的，在所说明的实施例中，将电极中的两个，例如电极 138a-138b，用作驱动电极。另外两个电极，例如电极138c_138d，用作感测电极。在工作中，两个驱动电极，例如第一和第二电极138a、138b，分别经由信号线 142a、142b接收差分激励信号D+、D-。激励信号诱发时变的静电力，该静电力使得谐振器块 52振动。如下文进一步描述，谐振器块52在平面内以体声模式或者基本以体声模式而非弯 曲模式振动。在一些实施例中，振动可以是线性或基本线性的，即，由线性、静止微分运动方 程描述。在一些实施例中，谐振器50具有高“Q”(品质因数)因数，并且因此，振动期间谐 振器块52的形状主要取决于谐振器块52的特性。参照图2E，在第一振动阶段中，谐振器块52(i)沿第一和第二方向62a、62b收缩， 并(ii)沿第三和第四方向64a、64b膨胀，产生谐振器块52的第一状态。为了比较，虚线 60a‘ -60d'分别示出了表面60a-60d在静止状态下的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、62b的收缩导致第二和第四间隙140b、140d尺寸增大。沿第三和第四方向64a、64b的 膨胀导致第一和第三间隙140a、140c尺寸减小。值得注意的是，与如果谐振器块52的全部区域具有相同的刚度相比，沿第一和第
13二方向62a，62b的收缩以及沿第三和第四方向64a，64b的膨胀分别更加均勻。例如，与如 果谐振器块52的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比，外表面60a-60d的端部沿 第三、第二、第四和第一方向分别表现出更多的移动。因此，与如果谐振器块52的全部区域 具有相同刚度相比，在外表面60a-60d的端部处表现出的移动与在外表面60a-60d的中点 处的移动更加接近地匹配。在一些实施例中，在外表面60a-60d的端部处表现出的移动量 分别是在外表面60a-60d的中点处表现出的移动量的至少一半(1/2)。在一些实施例中，外表面60a-60d中的一个或者多个(或者至少其主部分)是直 的(或者至少基本是直的)和/或与静止状态下外表面60a-60d中的一个或者多个平行 (或者至少基本平行)。在所说明的实施例中，例如，外表面60a-60d中的每一个分别包括 主部分144a-144d，所述主部分144a_144d是直的或者至少基本是直的并且与位于静止状 态下的各自外表面的至少一部分平行或者至少基本平行。此外，每一个外表面60a-60d整 体上至少是基本直的并且整体上与处于静止状态下的各自外表面的配置至少基本平行。参照图2F，在第二振动阶段中，谐振器块52(i)沿第一和第二方向62a、62b膨胀， 并(ii)沿第三和第四方向64a、64b收缩，产生谐振器块52的第二状态。为了比较，虚线 60a‘ -60d'分别示出了在静止状态下表面60a-60d的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、62b的膨胀导致第二和第四间隙140b、140d尺寸减小。沿第三和第四方向64a、64b的 收缩导致第一和第三间隙140a、140c尺寸增大。与如果谐振器块52的全部区域具有相同刚度相比，沿第一和第二方向62a、62b的 膨胀以及沿第三和第四方向64a、64b的收缩分别更加均勻。因此，例如，与如果谐振器块52 的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比，外表面60a-60d的端部沿第四、第一、第 三和第二方向分别表现出更多的移动。因此，与如果谐振器块52的全部区域具有相同刚度 相比，在外表面60a-60d的端部处表现出的移动与在外表面60a-60d的中点处的移动更加 接近地匹配。在一些实施例中，在外表面60a-60d的端部处表现出的移动量分别是在外表 面60a-60d的中点处表现出的移动量的至少一半(1/2)。在一些实施例中，外表面60a-60d中的一个或者多个(或者至少其主部分)是直 的(或者至少基本是直的)和/或与静止状态下外表面60a-60d中的一个或者多个平行 (或者至少基本平行)。在所说明的实施例中，例如，外表面60a-60d中的每一个分别包括 主部分146a-146d，所述主部分146a_146d是直的或者至少基本是直的并且与位于静止状 态下的各自外表面的至少一部分平行或者至少基本平行。此外，每一个外表面60a-60d整 体上至少是基本直的并且整体上与处于静止状态下的各自外表面的配置至少基本平行。振动在感测电极，例如第三和第四电极138c、138d，以及耦合到其上的信号线 142c、142d处产生表示该振动的差分信号S+、S-。差分信号S+、S-可以例如是差分电压和/ 或差分电流的形式。例如，在第一振动阶段中，第四间隙140d尺寸增大导致第四电容(即， 由第四电极138d和谐振器52限定)的大小减小，这又导致电流进出第四电极138d以及第 四电极138d的电压与之相应的变化。第三间隙140c尺寸减小导致第三电容(即，由第三 电极138c和谐振器52限定)的大小增大，这又导致电流进出第三电极138c以及第三电极 138c的电压与之相应的变化。类似地，在第二振动阶段中，第四间隙140d尺寸减小导致第四电容(S卩，由第四电 极138d和谐振器52限定)的大小增大，这又导致电流进出第四电极138d以及第四电极138d的电压与之相应的变化。第三间隙140c尺寸增大导致第三电容(S卩，由第三电极138c 和谐振器52限定)的大小减小，这又导致电流进出第三电极138c以及第三电极138c的电 压与之相应的变化。差分信号S+、S-的大小至少部分取决于每个振动阶段中第三电容的变化大小和 第四电容的变化大小，即，谐振器52和例如第三和第四电极138c、138d的感测电极之间电 容性换能的大小。如上所述，与如果谐振器块52的全部区域具有相同刚度相比，在外表面60a-60d 的端部处表现出的移动与在外表面60a-60d的中点处的移动更加接近地匹配。结果，与如 果谐振器块52的全部区域具有相同刚度时表现出的第三电容的变化大小和第四电容的变 化大小相比，该第三电容的变化大小和第四电容的变化大小更大。电容性换能的增加使谐 振器50的信号强度、稳定性和/或“Q”因数增加。图2G是谐振器的示意性表示，示出了谐振器块52在第一状态(与静止状态下相 比)下沿着各条参考线表现出的膨胀量和收缩量。参照图2G，第一参考线HS1延伸通过第二外表面60b (和/或角66b)的一端以及 第四外表面60d(和/或角66d)的一端。第二参考线1482延伸通过第二外表面60b的中 点以及第四外表面60d的中点。第三参考线1483延伸通过第二外表面60b (和/或角66b) 的另一端以及第四外表面60d(和/或角66d)的另一端。第四参考线1484延伸通过第一 外表面60a (和/或角66a)的一端以及第三外表面60c (和/或角66d)的一端。第五参考 线1485延伸通过第一外表面60a的中点以及第三外表面60c的中点。第六参考线1486延 伸通过第一外表面60a(和/或角66b)的另一端以及第三外表面60c (和/或角66c)的另 一端。沿着第一参考线1481;谐振器块52收缩第一量1501^+1504。沿着第二参考线 1482，谐振器块52收缩第二量150b2+150d2。沿着第三参考线1483，谐振器块52收缩第三量 150b3+150d3。沿着第四参考线1483，谐振器块52膨胀第四量150a4+150c4。沿着第五参考 线1485，谐振器块52膨胀第五量150a5+150c5。沿着第六参考线1486，谐振器块52膨胀第 六量 150a6+150c6。优选地，第一量1501^+1504和第三量150b3+150d3分别是第二量150b2+150d2 的至少1/2，更优选地分别是第二量150b2+150d2的至少2/3，更优选地分别是第二量 150b2+150d2的至少3/4。优选地，第四量150a4+150c4和第六量150a6+150c6分别是第五量 150a5+150c5的至少1/2，更优选地分别是第五量150a5+150c5的至少2/3，更优选地分别是 第五量150a5+150c5的至少7/10。谐振器块52沿第一和第二方向62a、62b的收缩使第二和第四外表面60b、60d分 别沿第二和第一方向62b、62a移动(即，与静止状态相比)。在一些实施例中，设置在第一 参考线HS1上的第二外表面60b的一部分的移动量为ISOb1，设置在第二参考线1482上的 第二外表面60b的一部分的移动量为150b2，并且设置在第三参考线1483上的第二外表面 60b的一部分的移动量为150b3。设置在第一参考线HS1上的第四外表面60d的一部分的 移动量为150+，设置在第二参考线1482上的第四外表面60d的一部分的移动量为150d2， 并且设置在第三参考线1483上的第四外表面60d的一部分的移动量为150d3。优选地，量 ISOb1和量150b3分别是量150b2的至少1/2，更优选地是量150b2的至少2/3，更优选地是量150b2的至少3/4。优选地，量150+和量150d3分别是量150d2的至少1/2，更优选地是 量150d2的至少2/3，更优选地是量150d2的至少3/4。谐振器块52沿第三和第四方向64a、64b的膨胀使第一和第三外表面60a、60c分 别沿第三和第四方向64a、64b移动(即，与静止状态相比)。在一些实施例中，设置在第四 参考线1484上的第一外表面60a的一部分的移动量为150a4，设置在第五参考线1485上的 第一外表面60a的一部分的移动量为150a5，并且设置在第六参考线1486上的第一外表面 60a的一部分的移动量150为a6。设置在第四参考线1484上的第三外表面60c的一部分的 移动量为150c4，设置在第五参考线1485上的第三外表面60c的一部分的移动量为150c5， 并且设置在第六参考线1486上的第三外表面60c的一部分的移动量为150c6。优选地，量150a4和量150a6分别是量150a2的至少1/2，更优选地是量150a2的至 少2/3，更优选地是量150a2的至少7/10。优选地，量150c4和量150c6分别是量150c5的至 少1/2，更优选地是量150c5的至少2/3，更优选地是量150C5的至少7/10。第二外表面60b的第一部分以及第四外表面60d的第一部分从第一参考线HS1 延伸到第二参考线1482。第二外表面60b的第二部分以及第四外表面60d的第二部分 从第二参考线1482延伸到第三参考线1483。第二外表面60b的第一部分具有平均斜度 (slope) 152b10第二外表面60b的第二部分具有平均斜度152b2。第四外表面60d的第一 部分具有平均斜度152屯。第四外表面60d的第二部分具有平均斜度152d2。第一外表面60a的第一部分以及第三外表面60c的第一部分从第四参考线1484延 伸到第五参考线1485。第一外表面60a的第二部分以及第三外表面60c的第二部分从第五 参考线1485延伸到第六参考线1486。第一外表面60a的第一部分具有平均斜度152&1。第 一外表面60a的第二部分具有平均斜度152a2。第三外表面60c的第一部分具有平均斜度 152c10第三外表面60c的第二部分具有平均斜度152c2。在一些实施例中，优选地，外表面的第一部分的平均斜度与该外表面的第二部分 的平均斜度相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内。例如，优选地，第一外表 面60a的第一部分的平均斜度152 和第一外表面60a的第二部分的平均斜度152a2相对于 彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼此在三度内。优选地，第 二外表面60b的第一部分的平均斜度152bi和第二外表面60d的第二部分的平均斜度152b2 相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼此在三度内。优选 地，第三外表面60c的第一部分的平均斜度152Cl和第三外表面60c的第二部分的平均斜 度152c2相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼此在三度 内。优选地，第四外表面60d的第一部分的平均斜度1524和第四外表面60d的第二部分 的平均斜度152d2相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼 此在三度内。优选地，第一外表面60a的第一部分的平均斜度152 相对于处于静止状态下的 第一外表面60a的相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度 内。优选地，第一外表面60a的第二部分的平均斜度152a2相对于处于静止状态下的第一外 表面60a的相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优 选地，第二外表面60b的第一部分的平均斜度152bi相对于处于静止状态下的第二外表面 60b的相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第二外表面60b的第二部分的平均斜度152b2相对于处于静止状态下的第二外表面60b的 相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第三 外表面60c的第一部分的平均斜度152Cl相对于处于静止状态下的第三外表面60c的相应 部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第三外表 面60c的第二部分的平均斜度152c2相对于处于静止状态下的第三外表面60c的相应部分 的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第四外表面60d 的第一部分的平均斜度152(^相对于处于静止状态下的第四外表面60d的相应部分的平均 斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第四外表面60d的第 二部分的平均斜度152(12相对于处于静止状态下的第四外表面60d的相应部分的平均斜度 在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。图2H是谐振器的示意性表示，示出了谐振器块52在第二状态(与处于静止状态 相比)下沿各条参考线表现出的膨胀量和收缩量。参照图2H，第一参考线ISS1延伸通过第二外表面60b (和/或角66b)的一端以及 第四外表面60d(和/或角66a)的一端。第二参考线1582延伸通过第二外表面60b的中 点以及第四外表面60d的中点。第三参考线1583延伸通过第二外表面60b (和/或角66b) 的另一端以及第四外表面60d(和/或角66d)的另一端。第四参考线1584延伸通过第一 外表面60a (和/或角66a)的一端以及第三外表面60c (和/或角66d)的一端。第五参考 线1585延伸通过第一外表面60a的中点以及第三外表面60c的中点。第六参考线1586延 伸通过第一外表面60a(和/或角66b)的另一端以及第三外表面60c (和/或角66c)的另 一端。沿着第一参考线HS1，谐振器块52膨胀第一量leobi+ieodi。沿着第二参考线 1482，谐振器块52膨胀第二量160b2+160d2。沿着第三参考线1583，谐振器块52膨胀第三量 160b3+160d3。沿着第四参考线1584，谐振器块52收缩第四量160a4+160c4。沿着第五参考 线1585，谐振器块52收缩第五量160a5+160c5。沿着第六参考线1586，谐振器块52收缩第 六量 160a6+160c6。优选地，第一量1601^+1604和第三量160b3+160d3分别是第二量160b2+160d2 的至少1/2，更优选地分别是第二量160b2+160d2的至少2/3，更优选地分别是第二量 160b2+160d2的至少3/4。优选地，第四量160a4+160c4和第六量160a6+160c6分别是第五量 160a5+160c5的至少1/2，更优选地分别是第五量160a5+160c5的至少2/3，更优选地分别是 第五量160a5+160c5的至少7/10。谐振器块52沿第一和第二方向62a、62b的膨胀使第二和第四外表面60b、60d分 别沿第一和第二方向62a、62b移动(即，与静止状态下相比)。在一些实施例中，设置在第 一参考线1581上的第二外表面60b的一部分移动的量为IeOb1，设置在第二参考线1582上 的第二外表面60b的一部分移动的量为160b2，并且设置在第三参考线1583上的第二外表面 60b的一部分移动的量为160b3。设置在第一参考线ISS1上的第四外表面60d的一部分移 动的量为IeOd1，设置在第二参考线1582上的第四外表面60d的一部分移动的量为160d2， 并且设置在第三参考线1583上的第四外表面60d的一部分移动的量为160d3。优选地，量 IBOb1和量160b3分别是量160b2的至少1/2，更优选地是量160b2的至少2/3，更优选地是 量160b2的至少3/4。优选地，量IeOd1和量IBOd3分别是量160d2的至少1/2，更优选地是
17量160d2的至少2/3，更优选地是量160d2的至少3/4。谐振器块52沿第三和第四方向64a、64b的收缩使第一和第三外表面60a、60c分 别沿第四和第三方向64b、64a移动(即，与静止状态下相比)。在一些实施例中，设置在第 四参考线1584上的第一外表面60a的一部分移动的量为160a4，设置在第五参考线1585上 的第一外表面60a的一部分移动的量为160a5，并且设置在第六参考线1586上的第一外表面 60a的一部分移动的量为160ae。设置在第四参考线1584上的第三外表面60c的一部分移 动的量为160c4，设置在第五参考线1585上的第三外表面60c的一部分移动的量为160c5， 并且设置在第六参考线1586上的第三外表面60c的一部分移动的量为160c6。优选地，量 150a4和量150a6分别是量150a2的至少1/2，更优选地是量150a2的至少2/3，更优选地是 量150a2的至少7/10。优选地，量150c4和量150c6分别是量150c5的至少1/2，更优选地是 量150c5的至少2/3，更优选地是量150C5的至少7/10。第二外表面60b的第一部分以及第四外表面60d的第一部分从第一参考线158i延 伸到第二参考线1582。第二外表面60b的第二部分以及第四外表面60d的第二部分从第二 参考线1582延伸到第三参考线1583。第二外表面60b的第一部分具有平均斜度162blt)第 二外表面60b的第二部分具有平均斜度162b2。第四外表面60d的第一部分具有平均斜度 162d10第四外表面60d的第二部分具有平均斜度162d2。第一外表面60a的第一部分以及第三外表面60c的第一部分从第四参考线1584延 伸到第五参考线1585。第一外表面60a的第二部分以及第三外表面60c的第二部分从第五 参考线1585延伸到第六参考线1586。第一外表面60a的第一部分具有平均斜度162&1。第 一外表面60a的第二部分具有平均斜度162a2。第三外表面60c的第一部分具有平均斜度 162c10第三外表面60c的第二部分具有平均斜度162c2。在一些实施例中，优选地，外表面的第一部分的平均斜度和该外表面的第二部分 的平均斜度相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内。例如，优选地，第一外表 面60a的第一部分的平均斜度162 和第一外表面60a的第二部分的平均斜度162a2相对于 彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼此在三度内。优选地，第 二外表面60b的第一部分的平均斜度162bi和第二外表面60b的第二部分的平均斜度162b2 相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼此在三度内。优选 地，第三外表面60c的第一部分的平均斜度162Cl和第三外表面60c的第二部分的平均斜 度162C2相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼此在三度 内。优选地，第四外表面60d的第一部分的平均斜度162屯和第四外表面60d的第二部分 的平均斜度162d2相对于彼此在十度内，更优选地相对于彼此在五度内，更优选地相对于彼 此在三度内。优选地，第一外表面60a的第一部分的平均斜度162 相对于处于静止状态下的 第一外表面60a的相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度 内。优选地，第一外表面60a的第二部分的平均斜度162a2相对于处于静止状态下的第一外 表面60a的相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优 选地，第二外表面60b的第一部分的平均斜度162bi相对于处于静止状态下的第二外表面 60b的相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地， 第二外表面60b的第二部分的平均斜度162b2相对于处于静止状态下的第二外表面60b的
18相应部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第三 外表面60c的第一部分的平均斜度162Cl相对于处于静止状态下的第三外表面60c的相应 部分的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第三外表 面60c的第二部分的平均斜度162C2相对于处于静止状态下的第三外表面60c的相应部分 的平均斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第四外表面60d 的第一部分的平均斜度162屯相对于处于静止状态下的第四外表面60d的相应部分的平均 斜度在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。优选地，第四外表面60d的第 二部分的平均斜度162(12相对于处于静止状态下的第四外表面60d的相应部分的平均斜度 在五度内，更优选地在2. 5度内，更优选地在1. 5度内。值得注意的是，谐振器块在一种状态下表现出的膨胀量可能与谐振器块在这种状 态下表现出的收缩量和/或谐振器块在另一状态下表现出的膨胀或者收缩量相等或者不 相等。区域可以具有任意配置(例如，尺寸、形状)，并且可以与任何其它区域具有或者 不具有相同的配置(例如，尺寸、形状)。因此，一个区域的尺寸和/或形状可以与任意其它 区域的尺寸和/或形状相同或者不同。在一些实施例中，例如，一个、一些或者全部区域具 有彼此相同的形状或者至少基本相同的形状。在一些其它实施例中，一个、一些或者全部区 域的形状与一个或者多个其它区域的形状不同。区域的配置可以是对称的、非对称的或者其任意组合。每一个区域在整个区域上 可以具有或者不具有均勻的密度和/或刚度。而且，可以按照任何类型的结构设置区域，例 如包括对称结构、非对称结构或者其任意组合。第一多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中，例如，第一 多个区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中，第一多个区域中的 一个或者多个区域与该第一多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。同样 地，第二多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中，例如，第二多个 区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中，第二多个区域中的一个 或者多个区域与该第二多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。将第二多个区域设置为非均勻结构以使得刚度在位置上变化，以便有助于为谐振 器块提供期望的振动模式。所述非均勻结构的非均勻程度比由于与谐振器块的制造相关联 的正常制造容限导致的程度要大。第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小 的量比由于与第一多个区域中这样区域的制造相关联的制造容限导致的量要大。在一些实 施例中，第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小的 量大于第一多个区域中这样区域的密度的1/4，更优选地比第一多个区域中的每一个区域 的密度小的量大于第一多个区域中这样区域的密度的1/2。如果谐振器块52包括一个或者多个细长的外部区域82、细长的内部区域84和/ 或连接器区域86，则这样的一个或者多个细长的外部区域82、细长的内部区域84和/或连 接器区域86可以分别具有任意的配置并且可以设置为任何类型的结构，例如，包括对称结 构、非对称结构或者其任意组合。在所说明的实施例中，细长的外部区域82中的每一个区域包括具有相对均勻宽度的基本直的梁。此外，细长的外部区域82的每一个区域具有相同或者基本相同的长度以 及相同或者基本相同的形状。细长的内部区域82的每一个区域还包括具有相对均勻宽度 的基本直的梁。然而，也可以采用其它配置，该其它配置可以包括或者不包括细长的外部区 域82、细长的内部区域84和/或连接器区域86的其它配置。如果采用一个或者多个开口，这样的一个或者多个开口可以具有任何配置(例 如，形状、尺寸)。开口的形状可以是对称的、非对称的或者其任意组合。而且，一个开口的 形状可以与任意其它开口的形状相同或者不同。在一些实施例中，例如，全部开口具有彼此 相同或者至少基本相同的形状。在一些其它实施例中，一个开口的形状与一个或者多个其 它开口的形状不同。因此，在一些实施例中，开口 94可以例如如图所示是矩形、和/或圆柱 形，、和/或例如如图所示彼此类似，但是并非局限于此。开口 94可以部分或者全部延伸通 过谐振器块52的高度/厚度。而且，一个或者多个开口可以部分延伸通过谐振器块52并 且一个或者多个其它开口可以全部延伸通过谐振器块52。可以将开口设置为任何类型的结构，例如包括对称结构、非对称结构或者其任意 组合。因此，可以将开口设置为或者不设置为图案。谐振器块52的部分，例如部分80a-80d，也可以具有任意配置(例如，尺寸、形状) 并且可以与任意其它部分具有或者不具有相同配置(例如，尺寸、形状)。如上所述，在所说 明的实施例中，谐振器块52的每一个部分80a-80d具有相同的配置。然而，在一些其它实 施例中，谐振器块52可以包括具有与多个其它部分不同配置的一个或者多个部分。每一个 部分在整个部分上可以具有或者不具有均勻的密度和/或刚度。可以将部分设置为任何类型的结构，例如包括对称结构、非对称结构或者其任意组合。谐振器块52可以具有或者不具有对称配置。实际上，谐振器块52可以具有任意 配置(例如，尺寸、形状、结构)，以为谐振器块52提供期望的一个或者多个振动模式。尽管将谐振器块52的外表面60a-60d的轮廓示出为直的，但是可以采用任意的一 个或者多个轮廓。例如，谐振器块52的一个或者多个外表面可以是直的、弯曲的、分段线性 的、分段弯曲的、不规则的和/或其任意组合。在一些实施例中，谐振器块52的一个或者多 个外表面具有与和其相关联的一个或者多个电极的轮廓相对应的轮廓。在一些实施例中， 谐振器块52不包括角66a-66d。在一些这样的实施例中，可以经由一个或者多个弯曲部分 将外表面60a-60d彼此连接。而且，尽管将谐振器块52说明为具有基本矩形的形状，但是可以采用其它形状。 值得注意的是，谐振器块52可以包括比四个外表面或者侧面更多或者更少的外表面或者 侧面。实际上，谐振器块52可以采用任意的几何形状，例如无论是现在已知的还是后续开 发的，而并非局限于矩形、圆形和/或椭圆形。谐振器块52的配置(例如，尺寸、形状、结构)可以确定MEMS谐振器50的一个或 者多个谐振频率。在一些实施例中，在振动期间，MEMS谐振器块52具有相对稳定或者固定的重心。 例如，随着谐振器块52在第一和第二状态之间振动，谐振器块52的中心会经历很少的移动 或者不移动。通过这种方式，谐振器块52可以有助于降低和/或最小化谐振器50内的能 量损失，并且从而有助于为谐振器50提供更高的Q因数。
可以采用谐振器块52的其它设计和/或配置以例如影响MEMS谐振器50的耐用 性和/或稳定性，并且最小化、降低或者限制对MEMS谐振器阵列50的“Q”因数的任何不利影响。位于角66a_66d附近的谐振器块52的形状和/或宽度能够影响MEMS谐振器50的 耐用性和/或稳定性(并且特别是角66a-66d中的应力，在一些实施例中可以将角66a-66d 用作锚定位置)并且影响节点(如果存在的话)的位置以及MEMS谐振器50的谐振频率。 为此，通过加宽位于角66a-66d附近的细长的外部区域82和/或使位于角66a_66d附近的 细长的外部区域82形成圆角，可以降低和/或最小化谐振器块52的应力。图3A是根据本发明另一实施例的MEMS谐振器50的示意性俯视图。参照图3A，在 该实施例中，谐振器块52包括八个部分180a-180h。这里有时将四个部分，即，部分180a、 180c、180e、180g称为“刚度更大”部分。有时将其它四个部分，即，部分180b、180d、180f、 180h称为“刚度更小”部分。第一四个(或者“刚度更大”)部分180a、180C、180e、180g是 刚性的和/或比第二四个(或者“刚度更小”)部分180b、180d、180f、180h刚度更大。第 二四个(或者“刚度更小”)部分180b、180d、180f、180h是顺从的(compliant)和/或与第 一四个(或者“刚度更大”)部分180a、180C、180e、180g相比刚度更小。第一“刚度更大”部分180a、180C、180e、180g中的每一个设置和/或居中于谐振 器块52的轴上并且从谐振器块52的中心72或者该中心72附近延伸到谐振器块52的外 表面或者该外表面附近。例如，部分180a设置和/或居中于第二参考轴64上并且从谐振 器块52的中心72或者该中心72附近延伸到谐振器块52的外表面60a。部分180c设置和 /或居中于第一参考轴62上并且从谐振器块52的中心72或者该中心72附近延伸到谐振 器块52的外表面60b。部分180e设置和/或居中于第二参考轴64上并且从谐振器块的中 心72或者该中心72附近延伸到谐振器块52的外表面60c。部分180g设置和/或居中于 第一参考轴62上并且从谐振器块52的中心72或者该中心72附近延伸到谐振器块52的 外表面60d。“刚度更小”部分180b、180d、180f、180h中的每一个设置和/或居中于谐振器块 52的对角线上并且从谐振器块52的内部区域延伸到谐振器块52的一个或者多个外表面和 /或角或者该一个或者多个外表面和/或角附近。例如，部分180b设置和/或居中于第一 对角线74a上并且从谐振器块52的内部区域延伸到外表面60d、60a和/或角66a或者该 外表面60d、60a和/或角66a附近。部分180d设置和/或居中于第二对角线74b上并且 从谐振器块52的内部区域延伸到外表面60b、60c和/或角66b或者该外表面60b、60c和 /或角66b附近。部分180f设置和/或居中于第一对角线74a上并且从谐振器块52的内 部区域延伸到外表面60b、60c和/或角66c或者该外表面60b、60c和/或角66c附近。部 分180h设置和/或居中于第二对角线74b上并且从谐振器块52的内部区域延伸到外表面 60c、60d和/或角66d或者该外表面60c、60d和/或角66d附近。第一和第二对角线74a、74b将谐振器块52划分为四个三角形部分80a-80d。四个 三角形部分80a-80d中的每一个包括第一四个(或者“刚度更大”)部分180a、180c、180e、 180g中的各一个以及第二四个(或者“刚度更小”)部分180b、180d、180f、180h中的每两 个的各一半。例如，第一三角形部分80a包括“刚度更大”部分180a以及“刚度更小”部分 180h、180b的一半。第二三角形部分80b包括“刚度更大”部分180c以及“刚度更小”部分180b、180d的一半。第三三角形部分80c包括“刚度更大”部分180e以及“刚度更小”部分 180d、180f的一半。第四三角形部分80d包括“刚度更大”部分180g以及“刚度更小”部分 180f、180h 的一半。图3B是图3A的MEMS谐振器的一个实施例的示意性俯视图。参照图3B，在该实施 例中，谐振器块52包括第一多个区域，例如182、184、186，以及第二多个区域94，该第二多 个区域94中的每一个区域的密度小于第一多个区域的密度。在所说明的实施例中，第二多 个区域94中的每一个区域包括延伸通过谐振器块52的开口。图3B是图3A的MEMS谐振器块52的一个实施例的放大的示意性俯视图。参照图 3B，将第二多个区域94中的一个或者多个区域设置在“刚度更小”部分中的每一个中。可 以将设置在“刚度更小”部分中的一个、一些或者全部第二多个区域设置成多个行和列。例 如，将设置在“刚度更小”部分180d中的第二多个区域，例如开口，设置为行196fl9617(和 /或行197i-1978)和列IgS1-IgS5tj将这样的列中的一个，例如列1983，设置在相应的对角线 上，例如谐振器块52的对角线74a上。可以将例如列198ρ1982、1984、1985的其它列设置为 与相应对角线平行。可以将例如行196fl9617的行设置为与谐振器块52的相应对角线垂 直。在所说明的实施例中，第二多个区域94中的每一个区域具有圆形或者至少通常 为圆形的截面，该截面具有宽度或者直径200。开口 94的相邻行可以间隔开距离204(和/ 或距离205)。开口 94的相邻列可以间隔开距离206。在一些实施例中，一个、一些或者全部开口 94的宽度或者直径小于开口的相邻行 之间的距离204(和/或距离205)和/或小于开口 94的相邻列之间的距离206。在一些实 施例中，一个、一些或者全部开口的宽度或者直径200是开口的相邻行之间的距离204 (和 /或距离205)的至少1/2和/或开口 94的相邻列之间的距离206的至少1/2。在一些实 施例中，一个、一些或者全部开口的宽度或者直径200大于或者等于开口的相邻行之间的 距离204(和/或距离205)和/或大于或者等于开口 94的相邻列之间的距离206。如上所述，第二多个区域，例如开口 94，在谐振器块52的一个或者多个位置处降 低了沿一个或者多个方向的刚度。在所说明的实施例中，例如，“刚度更小”部分180b中的 第二多个区域，例如开口 94，降低了“刚度更小”部分180b沿第一和第二方向62a、62b，沿 第三和第四方向64a、64b和/或沿着对角线74b的刚度。“刚度更小”部分180d中的第二 多个区域，例如开口 94，降低了“刚度更小”部分180d沿第一和第二方向62a、62b，沿第三 和第四方向64a、64b和/或沿着对角线74a的刚度。“刚度更小”部分180f中的第二多个 区域，例如开口 94，降低了“刚度更小”部分180f沿第一和第二方向62a、62b，沿第三和第 四方向64a、64b和/或沿着对角线74b的刚度。“刚度更小”部分180h中的第二多个区域， 例如开口 94，降低了“刚度更小”部分180h沿第一和第二方向62a、62b，沿第三和第四方向 64a、64b和/或沿着对角线74a的刚度。刚度降低的大小是位置的函数。在所说明的实施例中，最大降低位于具有最大数 量的开口 94和/或最大量的开口空间的开口 94的列的区域中，即，第三列1983(设置在谐 振器块52的相应对角线，即对角线74a，上的列)的区域中。第二最大降低位于具有第二最 大数量的开口 94和/或第二最大量的开口空间的开口 94的列的区域中，即第二列1982和 第四列1984的区域中。第三最大降低位于具有第三最大数量的开口 94和/或第三最大量的开口空间的开口 94的列的区域中，即第一列198i和第五列1985的区域中。第三(或者 最少)最大降低位于具有第三(或者最少)最大数量的开口 94和/或第三(或者最少) 最大量的开口空间的开口 94的行的区域中的区域中，即第三行963(第三最接近细长的外 部区域82并且第三最接近中心72的行)的区域中。 如上所述，在工作中，两个驱动电极，例如第一和第二电极138a、138b，分别经由信 号线142a、142b接收差分激励信号D+、D-。激励信号诱发时变的静电力，该静电力使得谐 振器块22振动。如下面进一步描述的，谐振器块52在平面内以体声模式或者基本体声模 式而非弯曲模式振动。在一些实施例中，振动是线性或基本线性的，即由线性、静止微分运 动方程描述。在一些实施例中，谐振器50具有高“Q” (品质因数)，并且因而振动期间谐振 器块52的形状主要取决于谐振器块52的特性。参照图3D，在第一振动阶段中，谐振器块52(i)沿第一和第二方向62a、62b收缩， 并(ii)沿第三和第四方向64a、64b膨胀，产生谐振器块52的第一状态。为了比较，虚线 60a‘ -60d'分别示出了在静止状态下表面60a-60d的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、62b的收缩导致第二和第四间隙140b、140d尺寸增大。沿第三和第四方向64a、64b的 膨胀导致第一和第三间隙140a、140c尺寸减小。与如果谐振器块52的全部区域具有相同的刚度相比，沿第一和第二方向62a、62b 的收缩以及沿第三和第四方向64a、64b的膨胀分别更加均勻。因此，例如，与如果谐振器块 52的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比，外表面60a-60d的端部沿第三、第二、 第四和第一方向分别表现出更多的移动。因此，与如果谐振器块52的全部区域具有相同刚 度相比，在外表面60a-60d的端部处表现出的移动与在外表面60a-60d的中点处的移动更 加接近地匹配。在一些实施例中，在外表面60a-60d的端部处表现出的移动量分别是在外 表面60a-60d的中点处表现出的移动量的至少一半(1/2)。在一些实施例中，外表面60a-60d中的一个或者多个(或者至少其主部分)是直 的(或者至少基本是直的)和/或与静止状态下外表面60a-60d中的一个或者多个平行 (或者至少基本平行)。在所说明的实施例中，例如，外表面60a-60d中的每一个分别包括 是直的或者至少基本是直的并且与静止状态下的各外表面的至少一部分平行或者至少基 本平行的主部分144a-144d。此外，每一个外表面60a-60d整体上至少是基本直的并且整体 上与静止状态下的各外表面的配置至少基本平行。参照图3E，在第二振动阶段中，谐振器块52(i)沿第一和第二方向62a、62b膨胀， 并(ii)沿第三和第四方向64a、64b收缩，产生谐振器块52的第二状态。为了比较，虚线 60a‘ -60d'分别示出了在静止状态下表面60a-60d的形状和位置。沿第一和第二方向 62a、62b的膨胀导致第二和第四间隙140b、140d尺寸减小。沿第三和第四方向64a、64b的 收缩导致第一和第三间隙140a、140c尺寸增大。与如果谐振器块52的全部区域具有相同刚度相比，沿第一和第二方向62a、62b 的膨胀以及沿第三和第四方向64a、64b的收缩分别更加均勻。例如，与如果谐振器块52 的全部区域具有相同刚度所表现出的移动量相比，外表面60a-60d的端部沿第四、第一、第 三和第二方向分别表现出更多的移动。因此，与如果谐振器块52的全部区域具有相同刚 度相比，外表面60a-60d的端部处表现出的移动与外表面60a-60d的中点处的移动更加接 近地匹配。在一些实施例中，在外表面60a-60d的端部处表现出的移动量分别是在外表面60a-60d的中点处表现出的移动量的至少一半(1/2)。在一些实施例中，外表面60a-60d中的一个或者多个(或者至少其主部分)是直 的(或者至少基本是直的)和/或与静止状态下外表面60a-60d中的一个或者多个平行 (或者至少基本平行)。在所说明的实施例中，例如，外表面60a-60d中的每一个分别包括 是直的或者至少基本是直的并且与静止状态下的各外表面的至少一部分平行或者至少基 本平行的主部分146a-146d。此外，每一个外表面60a-60d整体上至少是基本直的并且整体 上与静止状态下的各外表面的配置至少基本平行。振动在感测电极，例如第三和第四电极138c、138d，以及耦合到其上的信号线 142c、142d处产生表示该振动的差分信号S+、S-。差分信号S+、S-例如可以是差分电压和/ 或差分电流的形式。例如，在第一振动阶段中，第四间隙140d尺寸增大导致第四电容(即， 由第四电极138d和谐振器52限定)的大小减小，这又导致电流进出第四电极138d以及第 四电极138d的电压与之相应的变化。第三间隙140c尺寸减小导致第三电容(即，由第三 电极138c和谐振器52限定)的大小增大，这又导致电流进出第三电极138c以及第三电极 138c的电压与之相应的变化。类似地，在第二振动阶段中，第四间隙140d尺寸减小导致第四电容(S卩，由第四电 极138d和谐振器52限定)的大小增大，这又导致电流进出第四电极138d以及第四电极 138d的电压与之相应的变化。第三间隙140c尺寸增大导致第三电容(S卩，由第三电极138c 和谐振器52限定)的大小减小，这又导致电流进出第三电极138c以及第三电极138c的电 压与之相应的变化。差分信号S+、S-的大小至少部分取决于每个振动阶段中第三电容的变化大小和 第四电容的变化大小，即，谐振器52和感测电极，例如第三和第四电极138c、138d之间电容 性换能的大小。如上所述，与如果谐振器块52的全部区域具有相同刚度相比，外表面60a-60d的 端部处表现出的移动与外表面60a-60d的中点处的移动更加接近地匹配。结果，与如果谐 振器块52的全部区域具有相同刚度时表现出的第三电容的变化大小和第四电容的变化大 小相比，该第三电容的变化大小和第四电容的变化大小更大。结果，与如果谐振器块52的 全部区域具有相同刚度时表现出的第三电容的变化大小和第四电容的变化大小相比，该第 三电容的变化大小和第四电容的变化大小更大。电容性换能的增加使谐振器50的信号强 度、稳定性和/或“Q”因数增加。值得注意的是，谐振器块在一种状态下表现出的膨胀量可能与谐振器块在这种状 态下表现出的收缩量和/或谐振器块在另一状态下表现出的膨胀或者收缩量相等或者不 相等。区域可以具有任意配置(例如，尺寸、形状)并且可以与任何其它区域具有或者不 具有相同的配置(例如，尺寸、形状)。因此，一个区域的尺寸和/或形状可以与任意其它区 域的尺寸和/或形状相同或者不同。在一些实施例中，例如，一个、一些或者全部区域具有 彼此相同的形状或者至少基本相同的形状。在一些其它实施例中，一个、一些或者全部区域 的形状与一个或者多个其它区域的形状不同。区域的配置可以是对称的、非对称的或者其 任意组合。每一个区域在整个区域上可以具有或者不具有均勻的密度和/或刚度。可以按 照任何类型的结构设置区域，例如包括对称结构、非对称结构或者其任意组合。
第一多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中，例如第一 多个区域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中，第一多个区域中的 一个或者多个区域与该第一多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。同样 地，第二多个区域可以具有或者不具有彼此相同的密度。在一些实施例中，例如第二多个区 域中的每一个区域具有彼此相同的密度。在一些其它实施例中，第二多个区域中的一个或 者多个区域与该第二多个区域中的一个或者多个其它区域具有不同的密度。第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小 的量比由于与第一个多个区域的这样区域的制造相关联的制造容限导致的量要大。在一些 实施例中，第二多个区域中的每一个区域的密度比第一多个区域中的每一个区域的密度小 的量大于第一个多个区域中的这样区域的密度的1/4，更优选地比第一多个区域中的每一 个区域的密度小的量大于第一个多个区域中的这样区域的密度的1/2。如果采用一个或者多个开口，这样的一个或者多个开口可以具有任何配置(例 如，形状、尺寸)。开口的形状可以是对称的、非对称的或者其任意组合。而且，一个开口的 形状可以与任意其它开口的形状相同或者不同。在一些实施例中，例如，全部开口具有彼此 相同或者至少基本相同的形状。在一些其它实施例中，一个开口的形状与一个或者多个其 它开口的形状不同。因此，在一些实施例中，开口 94可以例如如图所示是圆柱形，和/或矩 形，和/或例如如图所示彼此类似，但是并非局限于此。开口 94可以部分或者全部延伸通 过谐振器块52的高度/厚度。而且，一个或者多个开口可以部分延伸通过谐振器块52并 且一个或者多个其它开口可以全部延伸通过谐振器块52。可以将开口设置为任何类型的结构，例如包括对称结构、非对称结构或者其任意 组合。因此，可以将开口设置为或者不设置为图案。谐振器块52的部分，例如部分80a-80d，也可以具有任意配置(例如，尺寸、形状) 并且可以与任意其它部分具有或者不具有相同配置(例如，尺寸、形状)。部分的配置可以 是对称的、非对称的或者其任意组合。每一个部分在整个部分上可以具有或者不具有均勻 的密度和/或刚度。可以将所述部分设置为任何类型的结构，例如包括对称结构、非对称结构或者其 任意组合。谐振器块52可以具有或者不具有对称配置。实际上，谐振器块52可以具有任意 配置(例如，尺寸、形状、结构)，以为谐振器块52提供期望的一个或者多个振动模式。尽管将谐振器块52的外表面60a-60d的轮廓表示为直的，但是可以采用任意的一 个或者多个轮廓。例如，谐振器块52的一个或者多个外表面可以是直的、弯曲的、分段线性 的、分段弯曲的、不规则的和/或其任意组合。在一些实施例中，谐振器块52的一个或者多 个外表面具有与和其相关联的一个或者多个电极的轮廓相对应的轮廓。在一些实施例中， 谐振器块52不包括角66a-66d。在一些这样的实施例中，可以经由一个或者多个弯曲部分 将外表面60a-60d彼此连接。此外，尽管将谐振器块52说明为具有基本矩形的形状，但是可以采用其它形状。 值得注意的是，谐振器块52可以包括比四个外表面或者侧面更多或者更少的外表面或者 侧面。实际上，谐振器块52可以采用任意的几何形状，例如无论是现在已知的还是后续开 发的，而并非局限于矩形、圆形和/或椭圆形。
谐振器块52的配置(例如，尺寸、形状、结构)可以确定MEMS谐振器50的一个或 者多个谐振频率。在一些实施例中，在振动期间，MEMS谐振器块52具有相对稳定或者固定的重心。 例如，随着谐振器块52在第一和第二状态之间振动，该谐振器块52的中心会经历很少的移 动或者不移动。通过这种方式，谐振器块52可以有助于降低和/或最小化谐振器50内的 能量损失并且从而有助于为谐振器50提供更高的Q因数。可以在差分驱动和感测配置(例如，如上所述)、单端驱动和感测配置和/或任何 其它配置中采用例如电极138a-138d的电极。参照图4A，在采用差分驱动和感测配置的一个实施例中，将驱动电极，例如电极 138a、138b，电连接到差分驱动电路300并且从该差分驱动电路300接收差分驱动信号D+、 D-。例如，电极138a可以经由信号线142a从差分驱动电路接收驱动信号D+。电极138b可 以经由信号线142b从差分驱动电路接收驱动信号D-。将感测电极，例如电极138c、138d，电连接到差分感测电路302并且提供施加到该 差分感测电路302的差分感测信号S+、S-。例如，感测电极138c提供经由信号线142c施 加到差分感测电路302的感测信号S+。感测电极138d可以提供经由信号线142d施加到差 分感测电路302的感测信号S-。在工作中，差分驱动电路300生成施加到驱动电极，例如电极138a，138b的差分驱 动信号D+、D-，例如如上所述，以诱发时变的静电力，该静电力使得谐振器块52以一个或者 多个谐振频率振动。如上所述，在该实施例中，谐振器以体模式或者基本体模式而非弯曲模式振动。振 动可以是线性或基本线性的，例如由线性、静止微分运动方程描述。每一个谐振器122具有 高“Q”(品质因数)，并且因此，振动期间谐振器122的形状主要取决于谐振器122的特性。 在一些其它实施例中，可以采用其它类型的振动。感测电极，例如电极138c、138d，提供代表由谐振器块52表现出的振动的差分感 测信号s+、s-。在提供差分感测信号s+、s-时可以采用任何适合的结构和/或技术。如上 所述，一些实施例采用电容性换能(例如，振动期间谐振器块52和感测电极138c、138d之 间的电容变化)以提供差分感测信号S+、S-。将差分感测信号S+、S_提供到差分感测电路302，该差分感测电路302感测、采样 和/或检测所感测的信号S+、S-并且响应于该感测信号而生成差分输出信号Out+、Out-。 差分输出信号0ut+、0ut-可以例如是时钟信号，所述时钟信号具有与谐振器块52表现出的 振动的一个或者多个谐振频率的频率相等的频率。可以经由信号线304、306将差分输出信号Out+、Out-提供到差分驱动电路302， 该差分驱动电路302可以响应于差分输出信号而生成差分驱动信号D+、D-,从而闭合电子 振动器环路。在这一点上，期望差分驱动信号D+、D-适用于仿真/驱动期望的振动模式。在一些实施例中，配置差分驱动电路300以提供差分驱动信号D+、D_，其中信号D+ 和信号D-相位相差180度或者基本相差180度，并且配置和定位驱动电极，例如电极138a、 138b，以使得供应到该电极的差分驱动信号D+、D-产生使谐振器块52在谐振器块52的平 面中振动的一个或者多个静电力。在一些实施例中，配置和定位感测电极，例如电极138c、138d，以响应于谐振器块52的振动而提供差分感测信号S+、S-，其中信号S+和信号S-相位相差180度或者基本相 差180度，并且配置差分感测电路302以接收差分感测信号S+、S-并且响应于该信号而提 供差分输出信号0ut+、0ut-，其中信号Out+和信号Out-相位相差180度或者基本相差180度。实现差分信号配置可以有助于消除、限制、降低和/或最小化从例如电极138a、 138b的驱动电极到例如电极138c、138d的感测电极的电容性耦合效应。此外，完全差分信 令配置还能够显著降低对于耦合自基底54的电和/或机械噪声的任何灵敏度。此外，利用 差分信令配置实现谐振器50还可以消除、最小化和/或降低通过例如锚58a-58d的一个或 者多个锚到谐振器50和来自谐振器50的电荷流动。因此，可以避免位于一个或者多个锚， 例如锚58a-58d，与驱动和感测电极，例如电极138a-138d，之间的电压降。值得注意的是， 该电压降会使谐振器50的电传输功能降级或者对其产生不利影响，尤其是在较高频率处 (例如，大于IOOMHz的频率)。图4B说明了感测电路302和驱动电路300的一个实施例。在该实施例中，感测 电路302包括差分放大器310。驱动电路300包括自动增益控制电路312。感测电路302 的差分放大器310接收差分感测信号S+、S-并且响应于该信号而提供差分输出信号Out+、 Out-。经由信号线304、306将差分放大器310的差分输出信号0ut+、0ut-提供到驱动电路 300的自动增益控制电路312，该电路响应于该信号而提供差分驱动信号D+、D-。应该注意到，存在导致或者诱使谐振器50谐振并且从而生成和/或产生输出信号 的感测和驱动电极和/或感测和驱动电路的许多其它配置和/或架构。所有这种配置和/ 或架构旨在落入本发明的范围内。本发明的MEMS谐振器50可以采用无论是已知的还是今后开发的任何感测和驱动 结构、技术、配置和/或架构。在一些实施例中，驱动电路300和感测电路302分别是常规 上公知的驱动和感测电路和/或常规的驱动和感测电极。然而，驱动电路300和/或感测 电路302可以是任何类型的电路(无论是否设置在和/或集成在谐振器50所在(制造于 其中)的相同基底上)，并且无论是已知的或者今后开发的所有这些电路旨在落入本发明 的范围之内。可以将驱动电路300和/或感测电路302设置在和/或集成在MEMS谐振器结构 所在(或制造于其中)的相同基底上。除此之外，或者作为其代替，可以将驱动电路300和 /或感测电路302设置在和/或集成在与MEMS谐振器结构所在的基底物理上分离(并且与 之电互连)的基底上。驱动和感测电极，例如电极138a_138d，可以是常规的公知类型或者可以是已知 的或者今后开发的任何类型和/或形状的电极。例如，存在使谐振器50生成和/或产生 180 (或者基本)的相位差的感测电极和驱动电极的许多其它配置和/或架构，并且其中驱 动电极诱发或者产生MEMS谐振器50的平面中的运动并且感测电极感测/测量该运动。此外，物理电极机制可以例如包括电容的、压阻的、压电的、电感的、磁阻的和热 的。实际上，无论是已知的或者今后开发的所有物理电极机制都旨在落入本发明的范围之 内。如上所述，驱动电极和感测电极，例如电极138a_138d，可以是无论是已知的还是 今后开发的任何数量和设计(例如，尺寸、形状、类型)。在一些实施例中，可以选择驱动电极和/或感测电极的数量和长度以优化、增强和/或改善MEMS谐振器的工作。例如，在一 个实施例中，增加感测电极的数量以及截面感测电极_谐振器块接口以增加提供到感测电 路(例如，单端或者差分感测电路)的信号。在一些实施例中，制造驱动电极，例如电极138a、138b，以及感测电极，例如电极 138c、138d，而不需要附加或者额外的一个或者多个掩模。例如，在一些实施例中，同时制造 矩形和/或方形的谐振器块52、驱动电极(例如电极138a，138b)以及感测电极(例如电极 138c、138d)。在一些实施例中，结合具有对称的谐振器块52的MEMS谐振器50，对称地配置和采 用驱动电极(例如电极138a、138b)、感测电极(例如电极138c、138d)以及谐振器块52。这 样的实施例可以有助于管理、最小化和/或降低作用在谐振器块52的一个或者多个部分、 锚(例如锚58a-58d)和/或基底54上的应力。在这样的实施例中，谐振器块52的中心72 是低应力点。在这样的实施例中，如果将谐振器块52锚定在中心72处(例如，不是通过角 66a-66d)，则可以进一步最小化、降低和/或消除MEMS谐振器50的能量损失。在一些实施例中，以提供单端驱动信号、单端感测信号和/或单端输出信号的单 端配置的方式来配置MEMS谐振器50。参照图4C，在采用单端驱动和感测配置的实施例中，两个电极，例如电极138a、 138c，用作驱动电极，并且两个电极，例如电极138b、138d，用作感测电极。驱动电极，例如 电极138a、138c，电连接到单端驱动电路320并且从其接收驱动信号D。例如，驱动电极，例 如电极138a、138c，可以经由信号线322从驱动电路接收驱动信号D。感测电极，例如电极 138b、138d，电连接到单端感测电路324并且向其提供感测信号S。例如，诸如电极138b、 138d的感测电极可以提供感测信号S，可以将该感测信号S经由信号线326提供到感测电 路 324。在工作中，驱动电路320生成提供到驱动电极，例如电极138a、138c，的单端驱动 信号D，以诱发时变的静电力，该静电力使谐振器块52以一个或者多个谐振频率振动(例 如，在平面中)。感测电极，例如电极138b、138d，提供代表由谐振器块52表现出的振动的 单端感测信号S。在提供感测信号S时，可以采用任何适合的结构和/或技术。一些实施 例采用电容性换能(例如，在谐振器块52的振动期间，谐振器块52和一个或者多个感测电 极，例如感测电极138b，138d，之间的电容变化)以提供感测信号S。将感测信号S供应到感测电路324，该感测电路324感测、采样和/或检测该感测 信号S并且响应于感测信号S而生成输出信号Out。输出信号Out可以例如是时钟信号，该时钟信号具有等于由谐振器块52表现出的 振动的一个或者多个谐振频率中的一个或者多个的频率。可以经由信号线328将输出信号Out供应到驱动电路320，驱动电路320可以响应 于输出信号Out而生成驱动信号D，从而闭合电振动器环路。为此，期望驱动信号D-适于仿 真/驱动期望的振动模式。 图4D说明了感测电路320和驱动电路324的一个实施例。在该实施例中，感测电 路302包括放大器330。驱动电路300包括自动增益控制电路332。感测电路324的放大 器330接收感测信号S并且响应于该感测信号S而提供输出信号Out。经由信号线328将 放大器330的输出信号Out供应到驱动电路320的自动增益控制电路332，自动增益控制电路332响应于输出信号Out而提供驱动信号D。应该注意到，存在导致或者诱使谐振器50振动并且从而生成和/或产生输出信号 的感测和驱动电极和/或感测和驱动电路的许多其它配置和/或架构。所有这样的配置和 /或架构落入本发明的范围之内。本发明的MEMS谐振器50可以采用无论是已知的或者今后开发的任何感测和驱动 结构、技术、配置和/或架构。在一些实施例中，驱动电路320和感测电路324分别是常规 公知的驱动和感测电路和/或常规的驱动和感测电极。然而，驱动电路320和/或感测电 路324可以是任何类型的电路(无论是否设置在和/或集成在谐振器50所在(制造于其 中)的相同基底上)，并且无论是已知的或者今后开发的所有这些电路旨在落入本发明的 范围之内。可以将驱动电路320和/或感测电路324设置和/或集成在MEMS谐振器结构所 在(制造于其中)的相同基底上。除此之外，或者作为其代替，可以将驱动电路320和/或 感测电路324设置和/或集成在与MEMS谐振器结构所在的基底物理上分离(并且与之电 互连)的基底上。驱动和感测电极，例如电极138a_138d，可以是常规的公知类型或者可以是已知 的或者今后开发的任何类型和/或形状的电极。例如，存在使谐振器50生成和/或产生 180(或者基本)相位差的感测电极和驱动电极(例如，例如电极138a-138d)的许多其它配 置和/或架构，并且其中驱动电极诱发或者产生MEMS谐振器50的平面中的运动并且感测 电极感测/测量该运动。此外，物理电极机制可以例如包括电容的、压阻的、压电的、电感的、磁阻的和热 的。实际上，无论是已知的或者今后开发的所有物理电极机制都旨在落入本发明的范围之 内。如上所述，驱动电极和感测电极可以是无论是已知的还是今后开发的任何数量和 设计(例如，尺寸、形状、类型)。在一些实施例中，可以选择驱动电极和/或感测电极的数 量和长度以优化、增强和/或改善MEMS谐振器的工作。例如，在一个实施例中，增加感测电 极的数量以及截面感测电极_谐振器块接口以增加提供到感测电路(例如，单端或者差分 感测电路)的信号。在一些实施例中，制造驱动电极，例如电极138a、138b，以及感测电极，例如电极 138c、138d，而不需要附加或者额外的一个或者多个掩模。例如，在一些实施例中，同时制造 矩形和/或方形的谐振器块52、驱动电极(例如电极138a、138b)、以及感测电极(例如电 极 138c、138d)。在一些实施例中，结合具有对称的谐振器块52的MEMS谐振器50对称地配置和 采用驱动电极(例如，电极138a、138b)、感测电极(例如，电极138c、138d)、以及谐振器块 52。这样的实施例可以有助于管理、最小化和/或降低作用在谐振器块52的一个或者多个 部分、锚(例如锚58a-58d)和/或基底54上的应力。在这样的实施例中，谐振器块52的 中心72是低应力点。在这样的实施例中，如果将谐振器块52锚定在中心72处(例如，不 是通过角66a-66d)，则可以进一步最小化、降低和/或消除MEMS谐振器50的能量损失。值得注意的是，在采用具有少于四个侧面的谐振器块52、具有大于四个侧面的谐 振器块52和/或非对称的谐振器块52的谐振器块52的MEMS谐振器50中，也可以实现差分和单端输出信号配置。实际上，在感测和驱动的语境中，这里关于MEMS谐振器50所讨论 的所有特征、实施例和备选方案可以应用于具有任何尺寸和/或配置的谐振器块52。为了 简化起见，将不再重复这些讨论。如上所述，谐振器块52可以以固有线性或者基本线性的模式振动。因此，由于不 需要非常精确或者非常准确地控制谐振器块52的谐振幅值，这里讨论的驱动和感测电路 提供线性谐振器/振动器的一些考虑和/或需求可以不太严格和/或不太复杂。值得注意的是，如上面所提到和讨论的，可以使用其它锚定配置将MEMS谐振器50 锚定到基底。实际上，本发明的MEMS谐振器50可以采用目前已知的或者今后开发的任何 锚结构和技术。所有这些结构和技术旨在落入本发明的范围之内。例如，本发明可以采用 在2003年7月25日递交的序列号为10/627，237 (美国专利6，952，041)并且发明名称为 "Anchorsfor Microelectromechanical Systems Having an SOI Substrate， and Method forFabricating Same”的非临时专利申请(以下将其称为“用于微机电系统的锚的专利申 请”)中描述和说明的锚定结构和技术。清楚地注意到，将例如包括全部所述实施例和/或 发明的特征、属性、备选方案、材料、技术和优点的该用于微机电系统的锚的专利申请的全 部内容通过参考并入本文，然而除非以其它方式说明，本发明的方面和/或实施例并非局 限于这样的特征、属性、备选方案、材料、技术和/或优点。在一个实施例中，除了或者代替 “角”锚，MEMS谐振器50可以包括“中心”锚。如上所述，在一些实施例中，MEMS谐振器50包括一个或者多个节点(在谐振器块 52振动时谐振器块52中不移动、经历很少移动和/或基本静止的区域和/或部分)。在一 些实施例中，节点可以位于谐振器块的内部区域、部分或者区域中或者附近，例如中心上或 附近。代替和/或除了位于谐振器块的内部区域、部分或者区域上或者附近的节点，该谐振 器块可以包括位于谐振器块的外部区域、部分或者区域上或者附近的节点。有利的，可以通过一个或者多个节点或者在一个或者多个节点处将谐振器块52 锚定到基底。通过在一个或者多个节点处或者附近进行锚定，可以最小化、限制和/或降低 MEMS谐振器50的垂直和/或水平能量损失，这会导致或者提供具有相对高Q的MEMS结构。 在一个实施例中，除了或者代替“角”锚，MEMS谐振器50包括位于谐振器块52中心处的节 点以及位于谐振器块52中心处的“中心”锚。然而，值得注意的是，如果存在，可以不需要 将MEMS谐振器50锚定在节点处。可以采用有限元分析和仿真引擎来设计、确定和/或限定一个或者多个节点的一 个或者多个位置，在所述一个或者多个节点的一个或者多个位置，MEMS谐振器50的谐振器 块52可以以预定的、最小的和/或降低的能量损失(等等)锚定到基底。为此，当在工作 期间被诱发时，MEMS谐振器50的谐振器块52以膨胀和收缩方式移动。因此，谐振器块52 的长度和/或宽度可以确定谐振器结构上或者谐振器结构中的节点位置，从而存在由于膨 胀-收缩模式导致的很少、没有或者降低的旋转运动。可以采用该有限分析引擎来设计、确 定和评估这样的节点的位置。通过这种方式，可以快速确定和/或识别用于锚定谐振器块 52而表现出可接受的、预定的、和/或很少或者没有运动(径向、横向和/或其它方式)的 谐振器块52中或者谐振器块52上的区域或者部分。在一些实施例中，锚耦合部分，例如锚耦合部分56a_56d的设计(例如，形状和宽 度)能够影响MEMS谐振器50的谐振频率。锚耦合部分，例如锚耦合部分56a-56d的设计还能够影响MEMS谐振器50的耐用性和/或稳定性。为此，通过调节锚耦合部分56a-56d 的形状和宽度，可以管理、控制、降低和/或最小化作用在谐振器块52上的应力。例如，可 以增加或者降低诸如锚耦合部分56a-56d的锚耦合部分的宽度以管理、控制、降低和/或最 小化在节点中或者节点处的应力集中。通过这种方式，可以增加、增强和/或优化MEMS谐 振器50的耐用性和/或稳定性。可以采用锚耦合部分56的其它设计和/或配置，以例如影响MEMS谐振器50的耐 用性和/或稳定性以及影响MEMS谐振器50的节点(如果存在)位置和/或谐振频率。如上所述，本发明的MEMS谐振器50可以采用现在已知的或者今后开发的任何锚 结构和技术。包括各种锚定技术的全部组合和置换的全部结构和技术都旨在落入本发明的 范围之内。在一些实施例中，不需要用于限定锚58a_58d的附加的或者额外的掩模来实现图 2A-2C中说明的锚定技术和/或图3A-3E中说明的锚定技术。即，在一些实施例中，同时制 造谐振器块52和锚定结构。在一些实施例中，MEMS谐振器50采用应力/应变释放机构(例如，弹簧或者类似 弹簧的部件)来管理、控制、降低、消除和/或最小化作用在基底上的任何应力或者应变。参照图5A-5B以及图6A-6D，在一些实施例中，一个或者多个耦合，例如耦合 56a-56d，包括一个或者多个应力/应变释放机构(例如，弹簧或者类似弹簧的部件)来管 理、控制、降低、消除和/或最小化在诸如锚58a-58d的一个或者多个锚处由谐振器块52通 过基底54或者在基底54处所锚定的一个、一些或者全部点的运动导致的作用于该基底的 任何应力或者应变。在所说明的实施例中，将外表面60a、60d(和/或角66a)机械耦合到 锚58a的耦合56a包括应力/应变释放机构350a。将外表面60a、60b (和/或角66b)机 械耦合到锚58b的耦合56b包括应力/应变释放机构350b。设置在外表面60b、60c (和/ 或角66c)和锚58c之间并且将外表面60b、60c (和/或角66c)机械耦合到锚58c的耦合 56c包括应力/应变释放机构350c。将外表面60c、60d (和/或角66d)机械耦合到锚58d 的耦合56d包括应力/应变释放机构350d。在该实施例中，应力/应变释放机构350a-350d中的每一个包括弹簧或者类似弹 簧的部件，所述弹簧或者类似弹簧的部件具有彼此分隔开并且通过第一和第二端部356、 358 (例如，参照应力/应变释放机构350a的第一和第二端部356、358)结合到一起的第 一和第二细长部分352、354(例如，参照应力/应变释放机构350a的第一和第二细长部分 352、354)。第一和第二细长部分352、354可以是直的并且可以具有均勻的厚度。然而，除 了和/或代替这样的应力/应变释放机构，可以采用具有其它配置的其它应力/应变释放 机构。参照图5B-5C以及图6C-6D，在工作中，应力/应变释放机构，例如应力/应变释 放机制350a-350d，结合谐振器块52的运动而膨胀和收缩，以降低、消除和/或最小化作用 于基底上的任何应力或者应变和/或补偿由于制造、材料属性可能变化从而导致非100% 优化设计(即使在采用有限元建模(也被称为有限元分析，“FEA”或者“FE分析”)的情况 下)而产生的小的不对称造成的锚定点的小的剩余移动。通过这种方式，MEMS谐振器50的 锚定架构可以是相对无应力和/或无应变的，这会显著降低、减少、最小化和/或消除任何 锚能量损失并且从而增加、增强、最大化MEMS谐振器50的Q(以及输出信号)，并且锚应力将对MEMS谐振器50的谐振频率具有很小影响或者没有影响。值得注意的是，除了降低、减 少、最小化和/或消除锚能量损失，耦合，例如具有应力/应变释放机构350a-350d的耦合 56a-56d，还抑制MEMS谐振器50的谐振器块52高出基底。应力/应变释放机构350可以是公知的弹簧或者类似弹簧的部件，或者可以是降 低、消除和/或最小化(i)在锚的位置处作用于基底并且由通过基底或者在基底处锚定谐 振器块52的一个、一些或者全部点的运动导致的应力和/或应变，和/或(ii)谐振器块52 与基底之间的能量传送的任何机构。有利地，在通过基底或者在基底处锚定MEMS谐振器50的点是运动的或者在期望 与基底附加去耦合的情况中实现应力/应变释放机构350。例如，还有利地，采用应力/应 变释放机构350以降低、消除和/或最小化谐振器块52与基底之间的能量传送(例如，在 存在阻抗不匹配或者在“噪声”起源于基底并且传输到谐振器块52的情况中)。在一些实施例中，可以在MEMS谐振器50的一个、一些或者全部节点处，如果存在， 和/或一个或者多个锚处放置一个或者多个基底锚和/或应力/应变管理技术/结构。其 它基底锚定-应力/应变管理技术也是适合的。实际上，可以以对称或者非对称方式在一 个或者多个非节点处将谐振器块52耦合到基底锚(和应力/应变结构)。值得注意的是，可以结合这里描述和/或说明的任何锚定技术和/或架构实现锚 定-应力/应变管理技术。可以使用各种技术来制造和/或封装本发明的MEMS谐振器50，例如，薄膜技 术、基底键合技术(例如，键合半导体或者类似玻璃的基底)以及预制造的封装(例如 T0-8 “罐”)。实际上，可以采用现在已知的或者今后开发的任何制造和/或封装技术。这样，所 有这种制造和/或封装技术旨在落入本发明的范围之内。例如，可以实现在下面的非临时 专利申请中描述和说明的系统、器件和/或技术(1)2003年3月20提交的序号为No. 10/392，528，发明名称为 "Electromechanical System having a Controlled Atmosphere, and Method ofFabricating Same”的非临时专利申请(美国专利申请公开No. 2004/0183214)；(2) 2003年6月4提交的序号为No. 10/454，867，发明名称为 "Microelectromechanical Systems, and Method of Encapsulating andFabrieating Same”的非临时专利申请(美国专利申请公开No. 2004/0248344)；以及(3)2003年6月4日提交的序号为No. 10/455, 555,发明名称为 "Microelectromechanical Systems Having Trench Isolated Contacts, andMethods of Fabricating Same” 的专利(美国专利 No. 6，936，491)。可以采用上述专利申请中描述和图示的发明来制造本发明的MEMS谐振器50 (包 括谐振器块52)。为了简化起见，将不再重复那些讨论。然而，需要明确指出的是，通过引用 将上述专利申请公开全部内容并入本文，包括例如所有发明/实施例的特征、属性、备选方 案、材料、技术和/或优点，但是除非另有说明，本发明的各方面和/或实施例不局限于这些 特征、属性、备选方案、材料、技术和/或优点。值得注意的是，表1中说明的MEMS谐振器的尺度只是示例性的。可以使用各种技 术和/或经验数据/测量来确定根据本发明的MEMS谐振器的尺度、特性和/或参数，所述各种技术包括建模和仿真技术(例如，经由计算机驱动的分析引擎实现的有限元建模和/ 或仿真处理，例如，FEMLab (来自 Consol)、ANSYS (ANSYS INC.)、IDEAS 和 / 或 ABAKUS)。例 如，使用或者基于一组边界条件(例如谐振器结构的尺寸)，可以采用有限元分析引擎来设 计、确定和评估谐振器块的非均质结构的尺度、特性和/或参数，例如但不局限于(i)细长 的内部和外部区域，( )连接器区域，(iii)开口，和/或(iv)下面讨论的谐振器结构的其 它元件或者属性。值得注意的是，也可以采用经验方案(除了或者代替有限元分析(或者 其它))来设计、确定和评估谐振器块的非均质结构的尺度、特性和/或参数，例如但不局限 于⑴细长的内部和外部区域，( )连接器区域，(iii)开口，和/或(iv)谐振器结构的其 它元件或者属性。值得注意的是，在一些实施例中，可以由一个或者多个弯曲部分来代替谐振器块 52的一个或者多个角，例如角66a-66d。关于弯曲部分的各种考虑在2005年5月19日提 交、被授予美国专利申请序列号11/132，941 (发明人Lutz以及Partridge)，并且发明名称 为“MicroelectromechanicalResonator Structure，and Method of Designing，Operating and Using Same”中进行了详细讨论。可以采用在前述专利申请中描述和说明的发明来设 计、实现和/或制造本发明的一个或者多个MEMS谐振器。为了简化起见，不再重复这些讨 论。然而，要明确指出的是，通过引用将上述专利申请全部内容并入本文，包括例如所有发 明/实施例的特征、属性、备选方案、材料、技术和/或优点，然而除非另有说明，本发明的各 方面和/或实施例不局限于这些特征、属性、备选方案、材料、技术和/或优点。在本发明的一些实施例中，MEMS谐振器50采用温度管理技术，以管理和/或控制 谐振器50的Q因数。为此，在谐振器块52振动时，谐振器块的一部分膨胀从而使膨胀的区 域中稍微冷却，并且另一侧收缩从而使收缩的区域中稍微加热。热梯度导致从“较热”侧向 “较冷”侧扩散。热的扩散(“热流动”)导致能量损失，这能够影响(例如，降低)MEMS谐 振器50的Q因数。通常将该效应称为热弹性耗散(“TED”)，这会是谐振结构的Q因数的 主要限制。因此，实现温度管理技术以管理、控制、限制、最小化和/或降低TED是有利的。参照图7A-7B，在一个温度管理实施例中，谐振器块52包括一个或者多个槽360， 以在工作期间谐振器块的部分在膨胀和收缩时抑制/降低谐振器块52的不同部分之间的 热流动。谐振器块52内的热传输的抑制/降低可以使MEMS谐振器50的Q因数更高。该 温度管理方法能够影响谐振器块52的振动特性，并且因此可以期望在谐振器50的设计期 间考虑这样的温度管理技术(例如FEA)。除此之外或者作为其代替，可以在一个或者多个耦合部分，例如一个或者多个耦 合部分56a-56d，实现温度管理技术。槽360可以是任意形状，例如包括方形、矩形、圆形、椭 圆形和/或卵圆形。实际上，可以将具有无论是几何或者其它形状的任意形状的槽360结 合到谐振器块52中和/或耦合部分，例如耦合部分56a-56d。槽360能够影响谐振器块52和/或一个或者多个耦合，例如耦合56a_56d，的刚 度。槽也能够改变谐振器块52的一个或者多个区域表现出的移动量，例如在包括一个或者 多个锚定点处表现出的移动量。此外，可以采用热-机械有限元分析引擎来增强谐振器50在工作期间的任何温度 考虑。为此，热-机械有限元分析引擎可以对MEMS谐振器50的工作进行建模并且从而确 定槽的尺寸、位置、尺度和数量，以实现谐振器块52和/或耦合部分56a-56d的一个或者多个部分。通过这种方式，可以增强和/或优化具有实现在其中的温度管理技术的MEMS谐振 器50的特性和/或MEMS谐振器50并且最小化和/或降低TED损失。如上所述，使用或者基于一组边界条件(例如，谐振器结构的尺寸)，可以采用有 限元分析和仿真引擎来设计、确定、和/或评估如下列出的尺度、特性和/或参数(i)谐振 器块52的一个或者多个部分，例如，细长的外部区域82、细长的内部区域84、连接器区域 86，(ii) 一个或者多个节点(如果存在的话)，(iii)耦合56a-56d，(iv)应力/应变机构 350，和/或(ν)温度管理结构360。因此，如上所述，可以利用还被称为“FEA”或者“FE分 析”的有限元建模(FEM)来优化本发明的结构的许多属性。然而，也可以采用经验方案(除了或者代替有限元分析(等等)方案)来设计、确 定、限定和/或评估如下列出的尺度、特性和/或参数⑴谐振器块52的一个或者多个部 分，例如细长的外部区域82、细长的内部区域84、连接器区域86，(ii) 一个或者多个节点 (如果存在的话)，(iii)耦合56a-56d，(iv)应力/应变机构350，和/或(ν)温度管理机 构 360。如果MEMS谐振器50采用被对称锚定的具有圆角的方形谐振器块52，则谐振器块 52的重心在工作期间可以保持相对恒定或者固定。值得注意的是，具有圆角的方形谐振器 块52可以在统计上使高斯处理容限平均，这会提供更好的参数控制。可以由公知材料使用公知技术来制造本发明的MEMS谐振器。例如，可以用诸如 硅、锗、硅-锗或砷化镓的公知半导体制造MEMS谐振器。实际上，MEMS谐振器阵列可以由如 下材料构成例如周期表中的IV族材料，例如硅、锗、碳；还有这些材料的组合，例如硅锗或 碳化硅；还有III-V族化合物，例如磷化镓、磷化铝镓或其它III-V族组合；还有III、IV、V 或VI族材料的组合，例如，氮化硅、氧化硅、碳化铝或氧化铝；还有金属硅化物、锗化物和碳 化物，例如硅化镍、硅化钴、碳化钨或硅化钼锗；还有掺杂变体，包括掺杂有磷、砷、锑、硼或 铝的硅或锗、碳或像硅锗的组合；还有具有各种晶体结构的这些材料，包括单晶、多晶、纳米 晶体或非晶体；还有晶体结构的组合，例如具有单晶和多晶结构的区域(掺杂或不掺杂)。此外，可以使用公知的光刻、蚀刻、沉积和/或掺杂技术在绝缘体上半导体(SOI) 基底中或者该绝缘体上半导体基底上形成根据本发明的MEMS谐振器。出于简化目的，在这 里不再论述这种制造技术。然而，无论是现在已知或今后开发的，用于形成或制造本发明的 谐振器结构的所有技术都旨在落入本发明的范围之内(例如，使用标准或过尺寸(“厚”) 晶圆(未示出)的公知形成、光刻、蚀刻和/或沉积技术和/或键合技术(即，将两个标准 晶圆键合在一起，其中下方/底部晶圆包括设置于其上的牺牲层(例如氧化硅)且之后对 上方/顶部晶片削薄(研磨或者减薄)并抛光以在其中或上方接收机械结构))。值得注意的是，SOI基底可以包括第一基底层(例如，半导体(例如硅)、玻璃或蓝 宝石)、第一牺牲/绝缘层(例如，二氧化硅或氮化硅)和设置于牺牲/绝缘层上或上方的 第一半导体层(例如，硅、砷化镓或锗)。可以使用公知的光刻、蚀刻、沉积和/或掺杂技术 在第一半导体层(例如，诸如硅、锗、硅-锗或镓-砷化物的半导体)中或上形成机械结构。在一个实施例中，SOI基底可以是利用公知技术制造的SIMOX晶圆。在另一实施 例中，SOI基底可以是具有第一半导体层的常规SOI晶圆。为此，可以使用体硅晶圆制造具 有较薄的第一半导体层的SOI基底，通过氧对该体硅晶圆进行注入和氧化，由此在单晶晶 圆表面之下或下方形成较薄的Si02。在这一实施例中，第一半导体层(即，单晶硅)设置于第一牺牲/绝缘层(即，二氧化硅)上，第一牺牲/绝缘层设置于第一基底层(即，在本示 例中即单晶硅)上。在将MEMS谐振器制造于多晶硅或单晶硅中或上的那些情况下，根据本发明的某 种几何形状的MEMS谐振器结构，例如，具有圆角的方形MEMS谐振器，可以利用多晶硅或单 晶硅维持结构和材料的对称性。具体地说，具有圆角的方形的谐振器块52可能固有地与单 晶硅的立方体结构更兼容。在标准晶圆上的每个横向正交方向(例如100、010或110)上， 可以将单晶硅的属性与具有几何形状的谐振器匹配。就此而言，单晶硅的晶体属性可以与 具有几何形状的谐振器具有相同或适合的对称性。还可以使用这种有限元建模、仿真和分析引擎来观察和/或确定在诸如锚 58a-58d的一个或者多个锚和/或诸如基底54的基底上或处的不同非均质基底的影响和/ 或响应。在本发明的一些方面，结合在与本申请相同的日期提交的，申请人为Lutz等人并 且发明名禾尔为 “MEMS Resonator Array Structure and Method ofOperating and Using Same”的非临时专利申请(以下将其称为“MEMS谐振器阵列结构和方法专利申请”)中描述 和/或说明的一个或者多个结构和/或技术来采用这里描述和/或说明的一个或者多个结 构和/或技术。例如，在一些实施例中，将这里描述和/或说明的一个或者多个谐振器50 的一个或者多个谐振器块52机械耦合为MEMS谐振器阵列。 为了简化起见，将不再重复在MEMS谐振器阵列结构和方法专利申请中描述和/或 说明的结构和方法。然而，清楚地注意到，将例如包括全部所述发明和/或实施例的特征、 属性、备选方案、材料、技术和/或优点的该MEMS谐振器阵列结构和方法专利申请的的全部 内容结合到此，然而除非以其它方式说明，本发明的方面和/或实施例并非局限于这样的 特征、属性、备选方案、材料、技术和/或优点。值得注意的是，尽管在包括具有矩形形状的谐振器块的MEMS谐振器的语境中阐 述了本发明的说明书的重要部分，但是根据本发明的MEMS谐振器可以包括具有任何几何 形状的谐振器架构或者结构的MEMS谐振器。这里关于具有矩形形状的MEMS谐振器讨论的 所有特征、实施例和备选方案适用于根据本发明的具有其它形状的MEMS谐振器。为了简化 起见，这里不再重复这些讨论。应该进一步注意到，尽管在包括微机械结构或者元件的微机电系统语境中描述了 本发明的方面和/或实施例，但是本发明并非局限于此。相反地，这里描述的发明适于例如 包括纳米机电系统的其它机电系统。为此，除非以其它方式指出，如下文中和权利要求中使 用的，术语“微机械结构”包括微机械结构、纳米机械结构及其组合。如这里所使用的，术语“部分”包括但不局限于整体结构的一部分和/或与一个或 多个其它部分形成整个元件或组件的分立的一个或者多个部分。例如，一些结构可以是单 片构造，或可以由两个或更多分立的片形成。如果结构是单片构造，则该单个片可以具有一 个或多个部分(即，任意数量的部分)。此外，如果单片具有超过一个部分，在各部分之间可 以具有或不具有任何类型的划界。如果结构是分立片构造，则可以将每个片称为部分。此 外，这种分立的片的每一个可以自己具有一个或多个部分。也可以将集体代表结构的一部 分的一组分立片统称为部分。如果结构是分立片构造，则每一片可以物理接触或不接触一 个或多个其它片。
此外，在权利要求中，术语“槽”表示具有任何形状和/或尺寸的开口、空隙和/或 槽(无论是部分还是完全延伸通过细长的梁部分或弯曲部分的整个高度/厚度)。此外，在 权利要求中，术语“空隙”表示具有任何形状和/或尺寸的开口、空隙和/或槽(无论是部 分还是完全延伸通过谐振器耦合部分的整个高度/厚度)。此外，除非以其它方式说明，诸如“响应于”和“基于”的术语分别表示“至少响应 于”和“至少基于”，以免不排除响应于和/或基于超过一个事项。此外，除非另有说明，短语“差分信号”，例如，如在短语“差分驱动信号”、“差分感 测信号”和“差分输出信号”中使用的，表示包括第一信号和第二信号的信号。此外，除非以其它方式说明，诸如“包括”、“具有”、“包含”的术语及其所有形式都 被视为是开放的，以不排除额外的元素和/或特征。此外，除非以其它方式说明，诸如“一”、“第一”的术语均被视为是开放的。值得注意的是，可以单独地、结合这里公开的任何其它方面和/或实施例，或其部 分，和/或结合现在已知或今后开发的任何其它结构和/或方法或其部分来采用这里公开 的任何方面和/或实施例或其部分。可以在各种应用中实现根据本发明的一个或者多个方面的MEMS谐振器，例如包 括其中采用谐振器或振动器的定时或时钟装置或时钟校准电路。实际上，例如，可以在采用 时钟信号或参考时钟的任何系统或装置中实现根据本发明的一个或者多个方面的MEMS谐 振器，例如，在数据、卫星和/或无线通信系统/网络、移动电话系统/网络、蓝牙系统/网 络、zig bee系统/网络、手表、实时时钟、机顶盒和系统/及其网络、计算机系统(例如，膝 上计算机、PC和/或手持装置)、电视和系统/及其网络、消费电子设备(例如，DVD播放器 /记录器、MP3、MP2、DIVX或类似的音频/视频系统)中采用。尽管已经描述了各种实施例，但不应以限制性含义来解释这种描述。因此，例如， 这里描述的各种实施例并非旨在穷举本发明或将本发明限制到所公开的精确形式、技术、 材料和/或配置。根据描述、说明和/或下面给出的权利要求，其它实施例将变得显而易见， 所述其它实施例可以与这里描述的实施例不同和/或相似。应当理解，在不偏离本发明的 范围的情况下，可以采用其它实施例，并且可以做出操作性改变。根据以上教导，很多修改 和变化都是可能的。因而，本发明的范围旨在不仅仅受限于这一详细描述。
权利要求
一种微机电谐振器，包括以体模式振动的谐振器块，所述振动包括所述谐振器块至少部分沿第一方向和第二方向中的至少一个方向收缩的第一状态，并且其中在所述第一状态下，所述谐振器块至少部分沿第三方向和第四方向中的至少一个方向膨胀，所述第二方向与所述第一方向相反，所述第四方向与所述第三方向相反，其中，所述谐振器块包括第一多个区域，所述第一多个区域分别具有密度；以及第二多个区域，所述第二多个区域分别具有密度，其中所述第二多个区域中的每一个区域的所述密度与所述第一多个区域中的每一个区域的所述密度不同；并且其中，所述第二多个区域被设置成非均匀结构。
2.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述谐振器块耦合到基底锚。
3.如权利要求2所述的微机电谐振器，还包括设置在所述谐振器块与所述基底锚之间 的耦合部分。
4.如权利要求1所述的微机电谐振器，还包括至少一个感测电极以提供表明所述谐振 器块的振动的感测信号。
5.如权利要求4所述的微机电谐振器，其中，所述感测信号包括差分感测信号。
6.如权利要求4所述的微机电谐振器，还包括感测电路以接收所述感测信号并且响应 于所述感测信号而提供输出信号。
7.如权利要求6所述的微机电谐振器，其中，所述输出信号包括差分输出信号。
8.如权利要求1所述的微机电谐振器，还包括至少一个驱动电极以接收驱动信号来诱 使所述谐振器块振动。
9.如权利要求8所述的微机电谐振器，还包括驱动电路以接收所述输出信号并且响应 于所述输出信号而提供所述驱动信号。
10.如权利要求9所述的MEMS阵列结构，其中，所述驱动信号包括差分驱动信号。
11.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述第二多个区域中的每一个区域具有 彼此相同的配置。
12.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述第二多个区域包括第一区域和第二 区域。
13.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述第二多个区域中的至少一个区域具 有与所述第二多个区域中的至少一个其它区域不同的配置。
14.如权利要求13所述的微机电谐振器，其中，所述谐振器块具有第一主外表面并且 所述第二多个区域中的第一区域具有与所述第一主外表面平行的第一截面。
15.如权利要求14所述的微机电谐振器，其中，所述第二多个区域中的所述第一区域 和第二区域分隔开第一距离并且所述第一截面具有所述第一距离的至少一半的第一尺度。
16.如权利要求15所述的微机电谐振器，其中，所述第一尺度大于所述第一距离。
17.如权利要求15所述的微机电谐振器，其中，所述第一尺度是所述第一截面的直径。
18.如权利要求15所述的微机电谐振器，其中，所述第一尺度是所述第一截面的长度。
19.如权利要求15所述的微机电谐振器，其中，所述第一截面具有第二尺度。
20.如权利要求19所述的微机电谐振器，其中，所述第二尺度是所述第一截面的宽度。
21.如权利要求20所述的微机电谐振器，其中，所述第二尺度小于所述第一距离的一半。
22.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述第二多个区域包括多个开口。
23.如权利要求22所述的微机电谐振器，其中，所述多个开口中的每一个开口具有彼 此相同的配置。
24.如权利要求22所述的微机电谐振器，其中，所述多个开口中的至少一个开口具有 与所述多个开口中的至少一个其它开口不同的配置。
25.如权利要求22所述的微机电谐振器，其中，所述多个开口包括第一开口和第二开
26.如权利要求25所述的微机电谐振器，其中，所述谐振器块具有第一主外表面并且 所述第一开口具有与所述第一主外表面平行的第一截面。
27.如权利要求26所述的微机电谐振器，其中，所述第一开口和所述第二开口分隔开 第一距离并且所述第一截面具有所述第一距离的至少一半的第一尺度。
28.如权利要求27所述的微机电谐振器，其中，所述第一尺度大于所述第一距离。
29.如权利要求27所述的微机电谐振器，其中，所述第一尺度是所述第一截面的直径。
30.如权利要求27所述的微机电谐振器，其中，所述第一尺度是所述第一截面的长度。
31.如权利要求30所述的微机电谐振器，其中，所述第三方向和所述第四方向与所述 第一方向和所述第二方向垂直。
32.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述谐振器块限定第一外表面，所述第 一外表面在静止状态下具有中点和端部，所述第一表面在所述第一振动状态下具有中点和 端部，处于所述静止状态下的所述端部与处于所述第一振动状态下的所述端部分隔开第一 量，处于所述静止状态下的所述中点与处于所述第一振动状态下的所述中点分隔开第二 量，所述第一量是所述第二量的至少一半。
33.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述振动还包括第二状态，在所述第二 状态下所述谐振器块至少部分沿所述第一方向和所述第二方向中的至少一个方向膨胀，并 且至少部分沿所述第三方向和所述第四方向中的至少一个方向收缩，所述第四方向与所述 第三方向相反。
34.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述谐振器块限定第一外表面并且其中 在所述第一振动状态下，所述第一表面具有基本直的主部分。
35.如权利要求34所述的微机电谐振器，其中，在所述第一振动状态下，所述第一表面 具有直的主部分。
36.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述谐振器块限定在静止状态下具有第 一配置的第一外表面，并且其中在所述第一振动状态下，所述第一表面具有与所述第一表 面的所述第一配置基本平行的主部分。
37.如权利要求36所述的微机电谐振器，其中，在所述第一振动状态下，所述第一表面 具有与所述第一表面的所述第一配置平行的主部分。
38.如权利要求1所述的微机电谐振器，其中，所述第一多个区域包括具有第一侧面和第二侧面的第一细长的外部区域，所述第一侧面与所述第二侧面相对 并且限定所述非均质结构的第一外表面；包括第一细长的内部区域和第二细长的内部区域的第一多个细长的内部区域，所述第一细长的内部区域和所述第二细长的内部区域均具有第一端部和第二端部，所述第一细长 的内部区域的所述第一端部以及所述第二细长的内部区域的所述第一端部均连接到所述 第一细长的外部区域的所述第二侧面；以及包括第一连接器区域和第二连接器区域的第一多个连接器区域，所述第一连接器区域 和所述第二连接器区域均具有第一端部和第二端部，所述第一连接器区域的所述第一端部 以及所述第二连接器区域的所述第一端部均连接到所述第一细长的内部区域的第一侧面， 所述第一连接器区域的所述第二端部和所述第二连接器区域的所述第二端部均连接到所 述第二细长的内部区域的第一侧面。
39.如权利要求38所述的微机电谐振器，其中，所述第二多个区域包括多个开口，所述 多个开口包括第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口由所述第一连接器区域 彼此分隔开，所述第一连接器区域和所述第二连接器区域由所述第二开口彼此分隔开。
全文摘要
本发明提供一种微机电谐振器，所述微机电谐振器可以包括以体模式振动并且包括分别具有密度的第一多个区域以及分别具有密度的第二多个区域的一个或者多个谐振器块，所述第二多个区域中的每一个区域的所述密度与所述第一多个区域中的每一个区域的所述密度不同。可以将所述第二多个区域设置成非均匀结构。所述振动可以包括第一状态，在所述第一状态下，所述谐振器块至少部分沿第一和/或第二方向收缩，并且至少部分沿第三和/或第四方向膨胀，所述第二方向与所述第一方向相反，所述第四方向与所述第三方向相反。
文档编号B81B3/00GK101946400SQ200880127024
公开日2011年1月12日 申请日期2008年11月26日 优先权日2007年12月18日
发明者A·帕特里奇, M·卢茨, 潘志宇 申请人:罗伯特·博世有限公司