专利名称：具有电压可调谐中心频率和带宽的mems滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及MEMS滤波器，尤其涉及电压可调谐MEMS滤波器。
背景技术：
本申请要求于2006年5月2日提交的名为"MEMS Filter w他Voltage Tunable Center Frequency and Bandwidth."的美国临时专利申请60/746,210
的优先权，该美国临时专利申请60/746,210的全部内容结合于此作为参考。 在射频应用中，高-Q (High-Q)微机电系统(MEMS)谐振器是传统集 总LC元件理想的替代产品。在MEMS谐振器基础上制造的梯梯形和格形滤 波器，由于其固有的机械品质因数(Q为1000-10,000)要高于电子LC元件 的品质因数(Q为100-200)，因此所述梯格式滤波器具有更佳的形状因数。 然而，目前的MEMS滤波器的一个主要缺点在于频率和带宽可调谐性的不 足。
因此，就需要具有可调谐中心频率和带宽的MEMS滤波器。
发明内容
此处公开了一种可调谐MEMS滤波器。该可调谐滤波器具有带有第一 绝缘衬底区域和第二绝缘衬底区域的衬底。该可调谐滤波器还具有耦合至该 衬底的第一和第二锚点。该可调谐滤波器还具有分别被第一和第二耦合波束 耦合至所述第一和第二锚点的基层。该可调谐滤波器具有耦合至该基层的介 电层。该可调谐滤波器还具有耦合至至少一个介电层的输入导体。该可调谐 滤波器还具有耦合至至少一个介电层的输出导体。
此处还公开了 一种调谐MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽的方法。在基层和输入与输出导体层之间调整第一偏压。在基层和至少部分基层下方 的绝缘衬底区域之间调整第二偏压。对所述第一偏压和第二偏压进行调整直 到提供需要的中心频率和需要的带宽，从而确定所述MEMS谐振器滤波器 的中心频率和带宽。
图1为MEMS谐振器滤波器的一种具体实施方式
的透视图； 图2为图1中所示的谐振器的等效电路；
图3为谐振器传递函数随着针对具有不同的串联谐振频率的两个谐振器 所应用的结构偏压而变化的模拟图4为图1中所示的谐振器通过正交频率调谐进行调谐时，该谐振器的 变形情况；
图5为输出传递函数随着结构偏压和衬底调谐电压之间的电压差而变化 的模拟图6A为根据本发明的一个具体实施方式
的MEMS谐振器在第一 DC极 化电压情况下的传递特性图6B为根据本发明的一个具体实施方式
的MEMS谐振器在第二DC极
化电压情况下的传递特性图6C为根据本发明的一个具体实施方式
的MEMS谐振器在第三DC极 化电压情况下的传递特性图6D为图6A至图6C中所示的零极点分离作为DC极化电压的函数的
图7A为图1中所示应用于梯形滤波器配置的具体实施方式
中的谐振器 中三个谐振器的透视图7B为图7A中所示的谐振器中两个谐振器的横截面图；图7C为从扫描电子显微镜中观察的图7A中所示的梯形滤波器的顶视
图8为根据本发明的MEMS电压可调谐滤波器的第一实例的经计算的 传递函数图9为根据本发明的MEMS电压可调谐滤波器的第二实例的经计算的 传递函数图10A为图7A中所示的滤波器在所有谐振器的结构偏压和衬底调谐电 压为5V的情况下的传递函数图10B显示了图10A的传递函数，以及图7A中所示的滤波器在第一组 结构偏压和衬底调谐电压的情况下的传递函数；
图IOC显示了图IOA的传递函数，以及图7A中所示的滤波器在第二组 结构偏压和衬底调谐电压的情况下的传递函数；
图11A至11C示出了使用MEMS谐振器的梯形滤波器的具体实施方式
；
图12示出了使用MEMS谐振器的格形滤波器的具体实施方式
；
图13至15显示了用于调谐MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽的 方法的具体实施方式
。
应当指出，出于清楚的目的，在所需之时，在附图中重复使用参考数字， 以表明相应的特征，且为更好阐明本发明的特征，附图中各种元件未必均按 照比例示出。
具体实施例方式
图1示出了使用介电转导的MEMS谐振器滤波器10的一个具体实施方 式的透视图。该滤波器IO具有基层12。该基层12可由掺杂的硅制成，而在 其它具体实施方式
中，也可使用其它传导性材料。介电层14耦合至该基层 12。在示出的具体实施方式
中，该介电层被分为两部分，但在其它具体实施方式
中，该介电层14可为一种连续层。该介电层14可使用多种材料制成，
例如但不限于二氧化铪(halfnium dioxide)。该介电层14可沉积在基层12。 输入导体16和输出导体18耦合至该介电层14。适合输入导体16和输出导 体18的材料可包括多晶硅。该基层12与衬底13分离，仅在两个锚点20和 22与之相连。由于在不改变本发明的实质的情况下可以使用多种衬底形状， 因此衬底13以虚线示出。谐振器10的主矩形截面24由两个栓系点(tether point) 26支撑，其中一点在图4中可见。回顾图1，在该主矩形截面24下 方，是两个绝缘衬底区域28和30，该两区域与衬底13电绝缘。这种电绝缘 可基于绝缘衬底区域28和30与衬底13之间的物理分离；或者，也可基于 对绝缘衬底区域28和30进行掺杂，从而导致绝缘衬底区域28和30在非传 导衬底13中具有可传导性；再或者，该绝缘衬底区域28和30可由传导才才 料在非传导和/或绝缘衬底13上沉积而成。
在实际操作中，在输入导体16位于锚点22之上的延伸处，将输入信号 施加于输入导体16。在输出导体18位于锚点20之上的延伸处，从输出导体 18获取输出信号。将DC极化电压Vp 32和34分别施加于基层12和输入导 体16之间以及基层12和输出导体18之间。将DC衬底偏压Vs 36和39分 别施加于基层12和绝缘衬底区域28之间以及基层12和绝缘衬底区域30之 间。
图2为谐振器10的等效电路，谐振器10由串联RLC电路组成，其中 Rx、 Cx、 Lx与馈通(feedthrough)电容Cft并联连接。对于给定的转导效 率ri ，
12丄-.二
a:
x 2
77
(3)
(4)
其中《和m分别代表阻尼常数、有效弹性常数以及谐振器的有效质量。馈通电容源自双端口谐振器中从输入导体16耦合至输出导体18的电场，因而，该馈通电容是结构布局的函数。
串联谐振频率由下式确定
1 77VT R
w串联:
可通过应用泰勒展开式获得并联谐振频率的简便的表述:
<5>并联.
乙
=ty由胜|i h--=似
^串联
C
串联
/《
1 +
V 乂
〖
1 +
〃'
a:
+
〃'
=w由胜+
77
串联2C力V^
针对并联电极板驱动，替换/ :
7二
7
其中￡=介电常数，J-电极面积，以及^/=并联电极板间隙尺寸,
^并联二 ^串联+<formula>formula see original document page 13</formula>将上式对《求微分，可获得下列各式
<formula>formula see original document page 14</formula>对于静电驱动，G对C^的比值非常小(104-10'2)。该比值有时也表示
为机电耦合因数ke2。零极点距离与串联谐振频率频移无关。
因此，可对P进行重新定义，来消减并联谐振频率方程中尺的相关性
<formula>formula see original document page 14</formula>(13)
从而，并联谐振频率成为串联谐振频率的偏移；该偏移值直接与结构偏压的平方成比例。
对于电压可调谐的并联谐振频率而非对于与电压无关的串联谐振频率的直观解释如下。在串联谐振中，馈通电阻可忽略不计。G与Fp的平方成比例，而Z^则与Kp的平方成反比例。偏压的影响在串联谐振频率的表达式中完全地消除了。而在并联谐振中，馈通电阻Q与G相关联，其不再是可忽略不计的了。由于C/,与^无关，因此在并联谐振频率表达式中，偏压对于整个电容和电感的影响并未完全消除。因而，并联谐振频率可通过结构偏压来调谐。对于关于Fp的谐振器传递函数变化的模拟可通过图3中所示的针对具有不同的串联谐振频率的两个谐振器的曲线50-62以及70-82来表示。应注意的是，串联谐振频率不随着Fp而改变。串联谐振频率的调谐可通过改变谐振器的弹性常数来完成。对于高频率RF应用，谐振器的弹性常数必须非常之高。因此，需要在振动方向上有一个很大的力来略微改变弹性常数。 一种调谐谐振器的串联谐振频率的可能的方法是通过正交频率调谐)。在正交频率调谐中，谐振器由于^产生的与振
动方向垂直的方向上的静电场86而发生弯曲，如图4所示，而此时其弹性常数很小。需要一个小得多的力来调谐该弹性常数，从而调谐该串联谐振步贞率。
正交频率调谐的准确操作有赖于设备几何结构和振动的模式。例如，假设一个开通的(released)厚度剪切模式的谐振器被四分之一波范围所中止。电压^被施加于振动结构，而电压F,则被施加于绝缘衬底。电压差产生静电力，该静电力使得该结构向绝缘衬底方向偏转。使该结构发生弯曲改变了其刚性，从而改变其谐振频率。
图5显示了随着)^-R值的改变，输出传递函数的模拟图，曲线90-100以及110-120分别显示了如图7A所示的梯形滤波器128中的串联谐振器以及梯形滤波器128中的分流谐振器在&=5V的情况下的该种模拟情况。其串联谐振频率具有上限至5MHz ( 5MHz)的调谐范围。在本发明的一个具体实施方式
中，具有相应较低的刚性(因此频率较低)的所述分流谐振器要长于串联谐振器。针对不同的^r^值的传递函数可通过实验方法得以确定。图6A至6D为一种这样的实验的结果。
图6A为DC极化电压为5V的MEMS谐振器10的传递特性图。图6B显示了 DC极化电压为7V情况下的传递特性。图6C显示了 DC极化电压为10V情况下的传递特性。图6D为图6A至6C中所示的零极点分离作为DC极化电压的函数的图。
图7A为多级MEMS滤波器128的一个具体实施方式
的透视图。在该具体实施方式
中，该多级MEMS滤波器128为具有两个串联谐振器130和132
15以及一个分流谐振器134的梯形滤波器的具体实施方式
。在典型的梯形滤波
器配置中，分流谐振器134的o)并联与串联谐振器130和132的co ,相匹配，并定义了滤波器中心频率(乂)。滤波器带宽由通带任一边的陷波(notch)来确定，且是串联和分流谐振器的零极点分离的2倍。因此，目前己经发现，可调谐梯形滤波器的关键之处在于改变所述中心频率乂的能力，以及动态地调谐谐振器的零极点分离的能力。
下文为调谐MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽的方法的两个具体实施方式
。
方法l
)^固定，改变串联和分流谐振器的K，从而获得所需的串联和并联中心频率(正交频率调谐)。
然后，为了保持所述中心频率，针对每一谐振器分别调谐(^-K)值，以获得所需带宽的需要的f^ (并联谐振频率调谐)。由于(Fp-K)值保持恒定，结构的弯曲也保持同样的程度，因此，该谐振器的中心频率在该第二步中保持不变。
方法2
使R和^短路，从而导致没有正交频率调谐存在。改变)^的值(从而也改变R)以获得所需带宽(并联谐振频率条谐)。
然后，为了获得中心频率，针对每一谐振器分别调谐R(正交频率调谐)。
由于R和^被独立地调谐，因此方法2相较于方法i而言，相对更直接明了。然而，就精确度而言，方法1较方法2更胜一筹。在方法2中，当施加以FJ寸(即当中心频率改变时)，零极点距离实际上也发生了微小的改变，尽管所引起的误差很小(与在第一部分中分析的ke么f^e类似)。而在方法l中则不存在这种问题。图7B为图7A中所示的谐振器中两个谐振器的横截面图，该横截面沿 着7B-7B横截面线的方向截取，并以由7B-7B线两端的箭头所指的方向观 察。在图7B中，可观察到间隔或绝缘层122。该间隔或绝缘层122可用于 使耦合至锚点20和22的基层与衬底13间隔和/或电绝缘。适用于该间隔或 绝缘层122的材料可为二氧化硅，二氧化硅易于在硅基上形成。其它的具体 实施方式也可采用其它的材料或材料的组合，以将锚点与衬底间隔或隔离。
图7C为与图7A中所示的梯形滤波器128的具体实施方式
相似的一种 梯形滤波器的具体实施方式
(从扫描电子显微镜中观察到)的顶视图。在分 流谐振器134和两个串联谐振器130和132之间显示了线焊连接142。其它 的具体实施方式
也可采用不同的技术在多级滤波器结构中来连接谐振器。此 外，图2中所示的栓系点26中之一在图7C中也可看到。
实施例1
下列部分通过实施例的方式显示了滤波器调谐方法的一个具体实施方 式。设
A/二(^-R)x105 (14)
从而可得出，需要50V的电压差来将中心频率调谐5MHz。针对本实施 例，对于串联谐振器的等效RLC模型假设下列数值
C, = 6.6087x10，， (15)
r 4.6799xl0一4 rr
A二~~^~"^ (16) 332.6365^
& 二~~^"~n (17)
C0 = 9.9563x10—13F (18) 分流谐振器作为0.5%载重的串联谐振器的模型，以获得固有的频率分离，从而导致以致唯一的变化仅发生在动态电感中。
<formula>formula see original document page 18</formula>
串联和分流谐振器的谐振频率为905MHz和902.74MHz，两者相差 2.2582MHz。由于正交频率调谐仅可将频率向下调谐(在该实施例中为向下 调谐5MHz)，因此滤波器通带可从897.74MHz到902.74MHz之间任意处开 始。由于额外还要求分流谐振器的并联谐振频率与串联谐振器的串联谐振频 率相符合的情况下，且需要对称的滤波器，因此最大带宽(陷波到陷波 (notch-to-notch))为2 (905-897.74) MHz = 14.52MHz。
梯形滤波器的最简单实例为T-网络，其在两个串联谐振器中间夹有一个 并联谐振器。在第一实例中，需要在900MHz处具有第一陷波且陷波到陷波 带宽为5MHz的滤波器。
使用方法l:
首先，将^值固定在5V。为了将分流谐振器的中心频率调至900MHz， 衬底偏压(=(5-27.4) V = -22.4V)被施加于所述分流谐振器。为了将串联 谐振器的中心频率调至902.5MHz，衬底偏压(=(5-25) V = -20V)被施加
于所述串联谐振器。
然后，零极点分离由下式给出
/极点二^"二2-5Mife (20)
分流谐振器的所需&为9.1486V。而对于串联谐振器，由于其谐振频率 稍高，其所需^为9.1359V。为了保持值^-R恒定，分流衬底偏压变为 -22.4V+9.1486V = -13.2514V 。串联衬底偏压则变为-20V+9.1359V = -10.8641V。
使用这些数值和终端电阻值400Q，可通过基尔霍夫定律(Kirchoff'sLaw)得出如图8所示的梯形滤波器的输出传递函数。应注意的是，该合成 方法给出了准确的陷波频率和带宽。图8中，曲线150为分流谐振器134的 经计算的传递方程，曲线152为串联谐振器130和132的经计算的传递方程， 曲线154为梯形滤波器128的经计算的传递方程。
获得在900MHz具有第一陷波以及陷波到陷波带宽为lOMHz的滤波器。 使用方法2
对于串联和并联谐振器，两者所需的零极点分离都是5MHz。使用下式-
/极点|——W他 (21) 丄/'
对于串联和并联谐振器，Fp分别为12.9023V和12.9184V。
为了将第一陷波频率调至900MHz， (Fp-R) =27.4V。根据上面获得的 分流Fp，分流谐振器衬底偏压为(12.9184-27.4) V = -14.4816V。对于串联 谐振器无需进行正交频率调谐，这是因为其已经处于正确的频率即905MHz。
图9显示了对同样的梯形滤波器，仅仅修正串联和分流谐振器的结构偏 压Fp和衬底偏压如上文中所计算的的结果。较大的带宽仅有微小的通带 波纹降级(minor pass-band ripple degradation)。图9中，曲线160为分流谐 振器134的经计算的传递方程，曲线162为分流谐振器130和132的经计算 的传递方程，曲线164为梯形滤波器128的经计算的传递方程。
上述两个实施例表明了，通过该实时偏压调谐方案，中心频率调谐约 0.5%以及带宽调谐1%的可行性。
实施例3:
由一个并联谐振器和两个串联谐振器组成的梯形滤波器以SOI工艺制 造而成，且进行特性描述。所述谐振器为310pm (以及30(Him) x lOOpm x 3.1pm的释放闩(released bar),其顶部为20誰二氧化铪作为介电转导层。
19在Kp =5V的情况下，产生通带170，该通带170其/^817.2MHz，带宽为 0.6MHz，插入损耗(IL)为3.2dB，如图10A所示。通过将^「15V施力口 于梯形中所有的谐振器，我们就可以在如图10B中通带172所示的不影响IL (3.5dB)和形状因数(1.3)的情况下，将滤波器中心频率从817MHz调谐 至809MHz。图IOC显示了通带174，其带宽从0.6MHz调谐至2.8MHz，而 中心频率保持在817.2MHz不变。然而，通带波纹则从0.4dB增加至1.8dB。 最终，图10D中通带176显示了带宽和中心频率调谐的结合。从而获得 /c=810.8MHz，以及带宽为1.4MHz的通带。
图IIA和11B为图7A所示的梯形滤波器128的截面，其中图HA具有 输入分流谐振器，如图7A中的谐振器132，以及具有梯形滤波器128的串 联谐振器134。图11B具有串联谐振器134和诸如梯形滤波器的谐振器130 的输出谐振器。图11C为带有两个分流谐振器180和182的梯形滤波器，所 述两个并联谐振器180和182由串联谐振器184隔开。图IIA、 11B禾P11C 中所示的所有三个谐振器都以上文所述的关于图7中所示的梯形滤波器134 讨论的方法进行调谐。
图12为带有两个串联谐振器186和188以及两个交叉谐振器l卯和192 的可调谐格形滤波器的示意图。通过以基本相同的静电电容来制造全部四个 谐振器186-192，它们的阻抗将会与偏共振非常好的匹配，从而滤波器的频 带外衰减将会非常高。
与梯形滤波器合成相似，谐振器186和188的零点与谐振器190和192 的极点校准。通带边缘通过格形臂的最外奇点来定义(即谐振器190禾fU92 的串联谐振频率和谐振器186和188的并联谐振频率)。为了获得中心频率 和带宽可调谐的格形滤波器，上文所述的两种调谐方法均可使用，具体而言， 对串联谐振器186和188类似于图7A中所示的梯形滤波器128中的串联谐 振器130和132那样进行调谐，对交叉谐振器190和192类似于梯形滤波器128中的并联谐振器134那样进行调谐。
根据上文所述的调谐方法的具体实施方式
，图13显示了另一种更为普 遍的调谐方法，这种方法可用于所公开的系统及其等效系统。对谐振器的基 层和输入与输出导体层之间的第一偏压进行调整200。还对基层和至少部分 基层下方的绝缘衬底区域之间的第二偏压进行调整202。确定谐振器滤波器 的中心频率和滤波器的带宽，直到对第一偏压和第二偏压的调整提供所需的 中心频率和所需的带宽204。尽管该方法可能不如前文所述的方法有效，但 是考虑到可以对由第一偏压和第二偏压提供的滤波器中心频率和带宽进行 控制，该方法仍不失可行。
图14显示了对MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽进行调谐的方法 的另一个具体实施方式
。提供在滤波器基层和输入与输出层之间的第一偏 压。提供在基层和至少部分基层下方的绝缘衬底区域之间的第二偏压。保持 第一偏压固定不变，同时对第二偏压进行调整，从而获得所需的中心频率 206。记录用于获得所需的中心频率的第一偏压与第二偏压之间的差值208。 对第一偏压和第二偏压进行调整，同时保持所记录的第一偏压和第二偏压之 间的差值，以获得所需的带宽210。
图15显示了对MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽进行调谐的方法 的另一个具体实施方式
。提供在滤波器的基层和输入与输出层之间的第一偏 压。提供在基层和至少部分基层下方的绝缘衬底区域之间的第二偏压。使第 一偏压与第二偏压相等212。保持第二偏压与第一偏压相等，同时对第一偏 压进行调整，以获得所需的带宽214。保持第一偏压不变，同时对第二偏压 进行调整，以获得所需的中心频率216。
本领域技术人员能够了解，本文所描述的基本滤波器类型可以多种不同 方式进行组合，也可与其他电子元件迸行组合，其中滤波器各部分的结构可 使用本文所述的谐振器和调谐方法来制造。尽管本发明以多种特定具体实施方式
进行描述，应当理解的是，在所述 的本发明概念的精神和范围之内，可以进行多种改变。因此，本发明不应仅 局限于所描述的具体实施方式
，而可具有所述权利要求限定的全部范围。
包括权利要求、摘要及附图在内的本说明书中所公开的所有特征，以及 所公开的任何方法或工艺中的所有步骤，除了这些特征和/或步骤中的至少一 些相互排斥的情况以外，均可以任何组合方式进行组合。包括权利要求、摘 要及附图在内的本说明书中所公开的每项特征，除非特别指出，均可由针对 同一、相当或类似目的的其他特征所替代。因此，除非特别指出，此处公开 的每项特征均仅为一系列相当的或类似的特征的一个实施例。
权利要求中的任何要素如果没有明确地声明一种执行特定功能的手段
或一种执行特定功能的步骤，其不应被理解为美国专利法35 U.S.C. 112所规
定的方法或步骤。
权利要求
1. 一种可调谐MEMS滤波器，该可调谐MEMS滤波器包括具有第一绝缘衬底区域和第二绝缘衬底区域的衬底；耦合至所述衬底的第一和第二锚点；通过第一和第二耦合波束分别耦合至所述第一和第二锚点的基层；耦合至所述基层的介电层；耦合至至少一个介电层的输入导体；以及耦合至至少一个介电层的输出导体。
2. 根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述衬底包含硅。
3. 根据权利要求2所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述第一和第二 绝缘衬底区域包括所述衬底的分离的掺杂硅区域。
4. 根据权利要求2所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述第一和第二 绝缘衬底区域包括耦合至所述衬底的分离的电极。
5. 根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述基层、所述 第一和第二锚点、以及所述第一与第二耦合波束包括单一的常用材料。
6. 根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述基层包括掺 杂硅。
7. 根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述介电层包括 耦合在所述基层与所述输入导体之间的第一介电层部分；以及 耦合在所述基层与所述输出导体之间的第二介电层部分。
8. 根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述介电层包括 二氧化铪。
9. 根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述输入导体包 括多晶硅。
10. 根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述输出导体 包括多晶硅。
11.根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中 所述第一绝缘衬底区域被配置为接收相对于所述基层的第一衬底电压;以及所述第二绝缘衬底区域被配置为接收相对于所述基层的第二衬底电压。
12.根据权利要求11所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述第一绝缘 衬底区域和第二绝缘衬底区域被配置以接收的相对于所述基层的第一衬底 电压和第二衬底电压是相同的衬底电压。
13.根据权利要求1所述的可调谐MEMS滤波器，其中 所述输入导体被配置为接收相对于所述基层的第一极化电压；以及 所述输出导体被配置为接收相对于所述基层的第二极化电压。
14.根据权利要求13所述的可调谐MEMS滤波器，其中所述输入导体 和输出导体被配置以接收的相对于所述基层的第一极化电压和第二极化电 压是相同的极化电压。
15. —种包括根据权利要求1的第一、第二和第三可调谐MEMS滤波 器的可调谐多级MEMS滤波器，其中所述第一可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收输入信号； 所述第一可调谐MEMS滤波器的输出导体耦合至所述第二 MEMS滤波 器的输入导体和所述第三MEMS滤波器的输入导体；所述第二可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为提供输出信号；以及所述第三可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为接地。
16. 根据权利要求15所述的可调谐多级MEMS滤波器，其中 所述第一可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收相对于所述基层的第一极化电压；所述第一可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为接收相对于所述基 层的第二极化电压；所述第一可调谐MEMS滤波器的第一绝缘衬底区域被配置为接收相对 于所述基层的第一衬底电压；所述第一可调谐MEMS滤波器的第二绝缘衬底区域被配置为接收相对 于所述基层的第二衬底电压；所述第二可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收相对于所述基 层的第三极化电压；所述第二可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为接收相对于所述基 层的第四极化电压；所述第二可调谐MEMS滤波器的第一绝缘衬底区域被配置为接收相对于所述基层的第三衬底电压；所述第二可调谐MEMS滤波器的第二绝缘衬底区域被配置为接收相对于所述基层的第四衬底电压；所述第三可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收相对于所述基 层的第五极化电压；所述第三可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为接收相对于所述基 层的第六极化电压；所述第三可调谐MEMS滤波器的第一绝缘衬底区域被配置为接收相对 于所述基层的第五衬底电压；以及所述第三可调谐MEMS滤波器的第二绝缘衬底区域被配置为接收相对 于所述基层的第六衬底电压。
17. 根据权利要求16所述的可调谐多级MEMS滤波器，其中 所述第一极化电压和第二极化电压相等；所述第一衬底电压和第二衬底电压相等； 所述第三极化电压和第四极化电压相等； 所述第三衬底电压和第四衬底电压相等； 所述第五极化电压和第六极化电压向等；以及 所述第五衬底电压和第六衬底电压相等。
18. —种包括根据权利要求1的第一和第二可调谐MEMS滤波器的可 调谐多级MEMS滤波器，其中所述第一可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收输入信号； 所述第一可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为提供输出信号； 所述第二可调谐MEMS滤波器的输入导体耦合至所述第一可调谐 MEMS滤波器的输入导体；以及所述第二可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为接地。
19. 一种包括根据权利要求1的第一和第二可调谐MEMS滤波器的可调谐多级MEMS滤波器，其中所述第一可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收输入信号； 所述第一可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为提供输出信号； 所述第二可调谐MEMS滤波器的输入导体耦合至所述第一可调谐MEMS滤波器的输出导体；以及所述第二可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为接地。
20、 根据权利要求19所述的可调谐多级MEMS滤波器，该可调谐多级 MEMS滤波器还包括根据权利要求1所述的第三可调谐MEMS滤波器，其中所述第三可调谐MEMS滤波器的输入导体耦合至所述第一可调谐 MEMS滤波器的输入导体；以及所述第三可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为接地。
21. —种包括根据权利要求1的第一、第二、第三和第四可调谐MEMS 滤波器的可调谐多级MEMS滤波器，其中所述第一可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收输入信号； 所述第一可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为提供输出信号； 所述第二可调谐MEMS滤波器的输入导体被配置为接收输入接地信号； 所述第二可调谐MEMS滤波器的输出导体被配置为提供输出接地信号； 所述第三可调谐MEMS滤波器的输入导体耦合至所述第一可调谐MEMS滤波器的输入导体；所述第三可调谐MEMS滤波器的输出导体耦合至所述第二可调谐MEMS滤波器的输出导体；所述第四可调谐MEMS滤波器的输入导体耦合至所述第一可调谐MEMS滤波器的输出导体；以及所述第四可调谐MEMS滤波器的输出导体耦合至所述第二可调谐 MEMS滤波器的输入导体。
22、 一种电压可调谐MEMS滤波器，该电压可调谐MEMS滤波器包括a) 串联连接的使用介电转导的两个谐振器，用于在所述串联连接的两 个谐振器的第一端接收输入信号以及在所述串联连接的两个谐振器的第二 端提供输出信号；b) 使用介电转导的分流谐振器，该分流谐振器连接在地面与所述串联 连接的两个谐振器的公共节点之间；c) 位于每个所述谐振器的一部分的下方的多个电绝缘衬底区； d) 其中每个所述谐振器均具有半导体层，所述半导体层在其顶部具有 介电层，并且在所述介电层的顶部具有多个多晶硅部分；以及e) 其中每个多晶硅层和每个所述绝缘衬底区被配置为接收相对于所述 半导体层的DC偏压。
23. —种对MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽进行调谐的方法， 该方法包括调整在基层与输入和输出导体层之间的第一偏压； 调整在所述基层与在至少部分基层下方的绝缘衬底区域之间的第二偏 压；以及确定所述MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽，直到对所述第一偏 压和所述第二偏压的调整提供所需的中心频率和所需的带宽。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中调整所述第一偏压和所述第二偏压包括在保持所述第一偏压不变的同时，调整所述第二偏压，从而获得所需的 中心频率；记录用于获得所需的中心频率的所述第一偏压与所述第二偏压之间的差值；以及在保持所记录的所述第一偏压与所述第二偏压之间的差值不变的同时， 调整所述第一偏压和所述第二偏压，以获得所需的带宽。
25. 根据权利要求23所述的方法，其中调整所述第一偏压和所述第二偏压包括使所述第一偏压与所述第二偏压相等；在保持所述第二偏压与所述第一偏压相等同时，对所述第一偏压迸行调 整，以获得所需的带宽；以及在保持所述第一偏压的同时，对所述第二偏压进行调整，以获得所需的 中心频率。
26. 一种对具有多个谐振器的MEMS滤波器的中心频率和带宽进行调 谐的方法，该方法包括调整在每个谐振器的基层与输入和输出导体层之间的第一偏压； 调整在每个谐振器的所述基层与在至少部分基层下方的绝缘衬底区域之间的第二偏压；以及确定所述MEMS谐振器滤波器的中心频率和带宽，直到对所述第一偏压和所述第二偏压的调整提供所需的中心频率和所需的带宽。
全文摘要
本发明公开了一种可调谐MEMS滤波器。该可调谐MEMS滤波器具有带有第一和第二绝缘衬底区域的衬底。第一和第二锚点耦合至所述衬底。基层通过第一和第二耦合波束分别耦合至所述第一和第二锚点。介电层耦合至所述基层。输入导体耦合至至少一个介电层。输出导体耦合至至少一个介电层。还公开了用于对MEMS调谐器滤波器的中心频率和带宽进行调谐的方法。调整基层与输入导体和输出导体之间的第一偏压。调整基层与绝缘衬底区域之间的第二偏压。确定中心频率和带宽，直到对偏压的调整提供所需的中心频率和所需的带宽。
文档编号H03B5/30GK101479929SQ200780023602
公开日2009年7月8日 申请日期2007年5月2日 优先权日2006年5月2日
发明者L·F·谢欧, S·巴韦 申请人:科内尔研究基金会