Design of active temperature compensated composite free-free beam MEMS resonators in a standard process
Notice bibliographique
Résumé
Frequency references are used in almost every modern electronic device including mobile phones, personal computers, and scientific and medical instrumentation. With modern consumer mobile devices imposing stringent requirements of low cost, low complexity, compact system integration and low power consumption, there has been significant interest to develop batch-manufactured MEMS resonators. An important challenge for MEMS resonators is to match the frequency and temperature stability of quartz resonators. We present 1MHz and 20MHz temperature compensated Free-Free beam MEMS resonators developed using PolyMUMPS, which is a commercial multi-user process available from MEMSCAP. We introduce a novel temperature compensation technique that enables high frequency stability over a wide temperature range. We used three strategies: passive compensation by using a structural gold (Au) layer on the resonator, active compensation through using a heater element, and a Free-Free beam design that minimizes the effects of thermal mismatch between the vibrating structure and the substrate. Detailed electro-mechanical simulations were performed to evaluate the frequency response and Quality Factor (Q). Specifically, for the 20MHz device, a Q of 10,000 was obtained for the passive compensated design. Finite Element Modeling (FEM) simulations were used to evaluate the Temperature Coefficient of frequency (TCf) of the resonators between -50°C and 125°C which yielded +0.638 ppm/°C for the active compensated, compared to -1.66 ppm/°C for the passively compensated design and -8.48 ppm/°C for uncompensated design for the 20MHz device. Electro-thermo-mechanical simulations showed that the heater element was capable of increasing the temperature of the resonators by approximately 53°C with an applied voltage of 10V and power consumption of 8.42 mW.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».