Title:
Elektrostatischer Schwingungserzeuger und elektronisches Gerät
Kind Code:
B4


Abstract:

Elektrostatischer Schwingungserzeuger, umfassend:
eine Schwingplatte (118; 1818; 2018) mit schwingenden Teilen (102; 103; 1802; 1803; 2002; 2003), die mit einer Siliziumoxidschicht (113; 1815; 2011) überzogen sind, und die mit beiden Enden fixierte Anschlussbrücken sind, und elektrostatisch ausgelöst werden, um Biegeschwingung auszuführen;
eine Schicht (107; 1807; 2006) mit vergrabenem Oxid, die mit einem Teil der Schwingplatte (118; 1818; 2018) verbunden ist, um die Schwingplatte (118; 1818; 2018) zu fixieren;
ein Substrat (101; 1801; 2001), das mit einer Oberfläche verbunden ist, die der Oberfläche der Schicht (107; 1807; 2006) mit vergrabenem Oxid gegenüber liegt, die mit der Schwingplatte (118; 1818; 2018) parallel zu der Schwingplatte (118; 1818; 2018) verbunden ist; und
Elektroden (111; 112; 1811; 1812; 1813; 1814; 2009; 2010), die auf dem Substrat (101; 1801; 2001) so gestaltet sind, dass sie parallel zu einem Hohlraum (108) auf beiden Seiten jedes der schwingenden Teile (102; 103; 1802; 1803; 2002; 2003) angeordnet sind. embedded image




Inventors:
Kimura, Fumio (Chiba, JP)
Takahashi, Hiroshi (Chiba, JP)
Kamiya, Ryohei (Chiba, JP)
Mitsusue, Ryuta (Chiba, JP)
Yoshida, Yoshifumi (Chiba, JP)
Application Number:
DE112009001372T
Publication Date:
05/30/2018
Filing Date:
06/23/2009
Assignee:
Seiko Instruments Inc. (Chiba, JP)
International Classes:



Foreign References:
JP200866801A
JP2008066801A2008-03-21
Attorney, Agent or Firm:
Meissner Bolte Patentanwälte Rechtsanwälte Partnerschaft mbB, 80538, München, DE
Claims:
Elektrostatischer Schwingungserzeuger, umfassend:
eine Schwingplatte (118; 1818; 2018) mit schwingenden Teilen (102; 103; 1802; 1803; 2002; 2003), die mit einer Siliziumoxidschicht (113; 1815; 2011) überzogen sind, und die mit beiden Enden fixierte Anschlussbrücken sind, und elektrostatisch ausgelöst werden, um Biegeschwingung auszuführen;
eine Schicht (107; 1807; 2006) mit vergrabenem Oxid, die mit einem Teil der Schwingplatte (118; 1818; 2018) verbunden ist, um die Schwingplatte (118; 1818; 2018) zu fixieren;
ein Substrat (101; 1801; 2001), das mit einer Oberfläche verbunden ist, die der Oberfläche der Schicht (107; 1807; 2006) mit vergrabenem Oxid gegenüber liegt, die mit der Schwingplatte (118; 1818; 2018) parallel zu der Schwingplatte (118; 1818; 2018) verbunden ist; und
Elektroden (111; 112; 1811; 1812; 1813; 1814; 2009; 2010), die auf dem Substrat (101; 1801; 2001) so gestaltet sind, dass sie parallel zu einem Hohlraum (108) auf beiden Seiten jedes der schwingenden Teile (102; 103; 1802; 1803; 2002; 2003) angeordnet sind.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, bei dem der Elastizitätsmodul des elektrostatischen Biegeschwingungserzeugers einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Siliziumoxidschicht (113; 1815; 2011) des Schwingungserzeugers in linienförmiger Symmetrie bezüglich einer beliebigen von einer Längsrichtung und einer Querrichtung der schwingenden Teile (102; 103; 1802; 1803; 2002; 2003) ausgebildet ist.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zumindest zwei der schwingenden Teile (102; 103; 1802; 1803; 2002; 2003) auf der Schwingplatte (118; 1818; 2018) ausgebildet sind und die kompletten schwingenden Teile (102; 103; 1802; 1803; 2002; 2003) parallel angeordnet sind.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schwingplatte (118; 1818) Temperaturkompensationsteile (106; 1806), die nicht mit einer Siliziumoxidschicht (113; 1815) überzogen sind, und die schwingenden Teile (102; 103; 1802; 1803) enthält.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zumindest zwei der Temperaturkompensationsteile (106; 1806) auf der Schwingplatte (118; 1818) ausgebildet und in linienförmiger Symmetrie bezüglich einer Mittellinie des Substrats (101; 1801) angeordnet sind.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach Anspruch 5, bei dem die schwingenden Teile (102; 103; 1802; 1803) auf beiden Seiten jedes der Temperaturkompensationsteile (106; 1806) mit einem dazwischen angeordneten fixierten Teil (104; 105; 1804; 1805) ausgebildet sind.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach Anspruch 7, bei dem das Substrat (101; 1801) Hohlräume (108; 1816) an Positionen, die den Temperaturkompensationsteilen (106; 1806) entsprechen, aufweist.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Substrat (2001) ein Paar von Schichten (2006) mit vergrabenem Oxid entlang dessen gegenüber liegenden Seiten aufweist, die fixierten Teile (2004; 2005) der schwingenden Teile (2002; 2003) mit einem Paar von Pufferschichten verbunden sind, und ein vorstehendes Teil (2012), das durch Befestigung an einem einzigen Ende einsetzbar gestaltet ist, auf einem Teil einer Oberfläche des Substrats (2001) gegenüber der Schwingplatte (2018) ausgebildet ist.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Siliziumoxidschicht (113; 1815; 2011) eine Schicht ist, die durch ein thermisches Oxidationsverfahren ausgebildet wird.

Elektrostatischer Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Siliziumoxidschicht (113; 1815; 2011) eine Schicht ist, die durch ein CVD Verfahren ausgebildet wird.

Elektronisches Gerät mit dem elektrostatischen Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

Description:
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Schwingungserzeuger, der als ein Bezugsfrequenzoszillator von verschiedenen Typen elektronischer Geräte verwendet wird, und ein elektronisches Gerät mit dem elektrostatischen Schwingungserzeuger.

Stand der Technik

Bei elektronischen Geräten wie drahtlosen, tragbaren Geräten, wie sie durch Mobiltelefone, Personal Computer oder Chronometer vertreten sind, gibt es die zunehmende Forderung, eine Größenreduzierung und höhere Genauigkeit zu erzielen. In solchen elektronischen Geräten ist eine Hochfrequenz-Signalquelle, die kompakt und stabil ist, unentbehrlich. Ein AT-Schnitt-Quarzvibrator (im Folgenden einfach als AT-Schnitt abgekürzt) ist ein typisches elektronisches Bauteil, das diese Forderung erfüllt.

Der AT-Schnitt ist dafür bekannt, dass aufgrund seiner guten Kristallstabilität, dessen Resonanzschärfe, die ein Gütemaß eines Oszillationselements ist, nämlich der Q-Wert sehr groß ist und 10 000 überschreitet. Darum wird der AT-Schnitt weit verbreitet als eine stabile Hochfrequenzsignalquelle für drahtlose, tragbare Geräte und Personal Computer verwendet. Es ist jedoch auch bekannt, dass der AT-Schnitt die strenge Forderung in den letzten Jahren zur Erzielung einer Größenreduzierung nicht ausreichend erfüllen kann.

Das heißt, mit einer drastischen Verbesserung bei MEMS Siliziumverfahren (Mikroelektromechanisches System) werden fast alle elektronischen Hochfrequenzbauteile außer dem AT-Schnitt als Einchipbauelemente verwirklicht, indem sie mit einem integrierten Schaltkreis zusammengeschlossen und gebondet werden. Da jedoch das physikalische Bonden von Quarzmonokristallen und Siliziumkristallen sehr schwierig ist, ist deren Einbau und Kontaktierung nicht möglich. Deshalb war die Verwirklichung der elektronischen Hochfrequenzbauteile mit dem AT-Schnitt als Einchipbauelemente nicht möglich. Dies ist der Grund, warum der AT-Schnitt die Forderung in den letzten Jahren zur Erzielung einer Größenreduzierung nicht ausreichend erfüllen kann.

Um dieses Problem zu lösen, hat in den letzten Jahren ein Schwingungserzeuger Aufmerksamkeit gewonnen, der ein elektrostatischer Schwingungserzeuger ist, bei dem Siliziummonokristalle und MEMS Verfahren genutzt werden. Der elektrostatische Schwingungserzeuger ist ein Schwingungserzeuger, der eine mechanische Schwingung mit hohen Q-Charakteristiken eines aus Silizium gebildeten Schwingungserzeugers durch elektrostatische Kraft in elektrische Signale umwandelt. Außerdem kann der elektrostatische Schwingungserzeuger Impedanzeigenschaften mit hohen Q-Charakteristiken realisieren, die mit einem Quarzvibrator gleichbedeutend sind. Darüber hinaus kann der elektrostatische Schwingungserzeuger Einbau und Kontaktierung mit einem integrierten Schaltkreis realisieren, was im Quarzvibrator wie er durch den AT-Schnitt verkörpert wird, nicht verwirklicht werden kann. Wie dieser, ist der elektrostatische Schwingungserzeuger ein Schwingungserzeuger, der außergewöhnliche Eigenschaften besitzt (siehe zum Beispiel Nichtpatent-Literatur 1).

Der elektrostatische Schwingungserzeuger wird hergestellt, indem ein in 5 gezeigter SOI Wafer (Silizium auf Isolator) genutzt wird. 5 ist eine schematische grafische Darstellung des SOI Wafers. Der SOI Wafer ist ein dreischichtiger Wafer mit einem Siliziumsubstrat 501, einer Siliziumoxidschicht, nämlich eine auf dem Siliziumsubstrat 501 ausgebildete Schicht mit vergrabenem Oxid 502, und einer auf der Schicht mit vergrabenem Oxid 502 ausgebildeten Siliziumschicht 503. Ein elektrostatischer Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung wird in dem in 5 dargestellten Teil der Siliziumschicht 503 ausgebildet, indem MEMS Verfahren wie DRIE verwendet werden.

AnführungslisteNichtpatent-Literatur

[NPL 1] T. Mattila et al., „14-MHz Mikromechanischer Oszillator“, TRANSDUCERS '01 EUROSENSORS XV; Die 11. Internationale Konferenz für Festelektrolytsensoren und Aktuatoren, München Deutschland, 2001.

Abriss der ErfindungProbleme, die die Erfindung lösen soll

Der konventionelle elektrostatische Schwingungserzeuger weist jedoch Probleme auf wie es nachstehend beschrieben wird. 6 ist ein die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des AT-Schnitts zeigendes charakteristisches Diagramm. In 6 stellt die senkrechte Achse das Frequenzwandlungsverhältnis und die waagerechte Achse die Temperatur dar. Eine charakteristische Kurve 601 in der Figur stellt die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des AT-Schnitts dar. Außerdem ist 7 ein charakteristisches Diagramm, das Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des konventionellen elektrostatischen Schwingungserzeugers darstellt. Ähnlich 6 stellt die senkrechte Achse das Frequenzwandlungsverhältnis und die waagerechte Achse die Temperatur dar. Ferner stellt eine charakteristische Kurve 701 die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des elektrostatischen Schwingungserzeugers dar.

Im Allgemeinen kann die charakteristische Kurve der Frequenz-Temperatur-Eigenschaften eines Schwingungserzeugers, wenn T die Temperatur, T0 die Bezugstemperatur und ΔF das Frequenzwandlungsverhältnis ist, ungefähr wie Gleichung 1 geschrieben werden.
[Gleichung 1] ΔF=α(TT0)+β(TT0)2+γ(TT0)3embedded image

Hier ist α ein Frequenz-Temperaturkoeffizient erster Ordnung, β ein Frequenz-Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung und ү ein Frequenz-Temperaturkoeffizient dritter Ordnung. [0012] [Tabelle 1]

Frequenz-TemperaturkoeffizientElektrostatischerAT-SchnittSchwingungserzeugerα (ppm/°C)-29,0+ 0,1β (ppm/°C^2)-3,0×10-2-3,0×10-3ү (ppm/°C^3)1,0×10-41,0×10-4

Tabelle 1 stellt die Koeffizienten α, β, ү der in 6 gezeigten charakteristischen Kurve 601 dar, die die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des AT-Schnitts darstellen, und der in 7 gezeigten charakteristischen Kurve 701, die die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des elektrostatischen Schwingungserzeugers darstellen. Hier sind die in Tabelle 1 dargestellten Zahlenwerte numerische Werte bei einer Bezugstemperatur T0 = 20°C.

Aus dem Vergleich zwischen den in 6 und 7 gezeigten charakteristischen Kurven und dem Vergleich zwischen den in Tabelle 1 gezeigten Temperaturkoeffizientenwerten kann herausgefunden werden, dass das Frequenzwandlungsverhältnis des elektrostatischen Schwingungserzeugers hinsichtlich der Temperatur extrem größer ist als das des AT-Schnitts. Aus Tabelle 1 kann insbesondere herausgefunden werden, dass die Werte des Frequenz-Temperaturkoeffizienten erster Ordnung α und des Frequenz-Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung β des elektrostatischen Schwingungserzeugers, die im Vergleich zu den Zahlenwerten des AT-Schnitts extrem groß sind, die Gründe einer Verschlechterung des Frequenzwandlungsverhältnisses des elektrostatischen Schwingungserzeugers sind. Folglich ist es, wie oben beschrieben, dennoch schwierig ungeachtet der Tatsache, dass der elektrostatische Schwingungserzeuger außergewöhnliche Eigenschaften besitzt, den elektrostatischen Schwingungserzeuger aufgrund seines großen Frequenzwandlungsverhältnisses in praktischen Anwendungen zu nutzen.

Um dieses Problem zu lösen, wird ein Verfahren zur Bildung einer Siliziumoxidschicht in einem schwingenden Teil des elektrostatischen Schwingungserzeugers vorgeschlagen. Weil die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften jedoch noch nicht ausreichend sind, schreitet dessen praktische Verwirklichung nicht voran. Die Gründe dafür werden nachstehend beschrieben. 8. und 9 sind schematische Diagramme eines elektrostatischen Schwingungserzeugers, der ein solches Verfahren nutzt. 8 ist die perspektivische Ansicht eines elektrostatischen Biegeschwingungsmodus-Schwingungserzeugers, bei dem ein Ende eines schwingenden Teils fixiert ist. Ein fixiertes Teil 803 und ein schwingendes Teil 804 sind, mit einer Schicht mit vergrabenem Oxid 802 eine Einheit bildend, auf einem dazwischen angeordneten Siliziumsubstrat 801 ausgebildet. Zwei Paare von Anregungselektroden 805 sind so angeordnet, dass sie eine Biegeschwingungsverschiebung 806 des schwingenden Teils 804 induzieren. Die Anregungselektroden 805 sind auf der Schicht mit vergrabenem Oxid 802 ausgebildet. Hier ist L das Längenmaß des schwingenden Teils 804.

9 ist eine Schnittansicht des in 8 gezeigten schwingenden Teils 804. Der Schnittaufbau des schwingenden Teils 804 besitzt eine zweischichtige Struktur mit einer Siliziumoxidschicht 807, die den Querschnitt umgibt, und einem Siliziumteil 808 an dem zentralen Teil. In 9 ist das Breitenmaß des schwingenden Teils 804 als das Maß des Siliziumsteils 808 parallel zu der Biegeschwingungsverschiebung 806 definiert, wie in der Figur dargestellt, wobei der Wert a ist. Außerdem ist die Dicke des schwingenden Teils 804 als das Maß des Siliziumsteils 808 vertikal zur Schwingungsverschiebung 806 definiert, wobei der Wert h ist. Außerdem ist b die Dicke der um das Siliziumsteil 808 herum gebildeten Siliziumoxidschicht 807.

10 ist ein charakteristisches Diagramm, das Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des in 8. und 9 beschriebenen elektrostatischen Schwingungserzeugers zeigt. In 10 stellt die senkrechte Achse ein Frequenzwandlungsverhältnis und die waagerechte Achse die Temperatur dar. In der Figur stellt eine charakteristische Kurve 1001 die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des an die Siliziumoxidschicht angeschlossenen elektrostatischen Schwingungserzeugers dar. Außerdem stellt eine charakteristische Kurve 601 die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des AT-Schnitts dar. Die charakteristische Kurve 1001 hat ein sehr kleines Wandlungsverhältnis im Vergleich zu der in 7 dargestellten charakteristischen Kurve 701. Jedoch hat die Kurve eine Parabelform, und die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften sind im Vergleich zu der charakteristischen Kurve 601, die die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des AT-Schnitts darstellt, noch nicht ausreichend.

Hier beträgt der Frequenz-Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Frequenz-Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung α und β der charakteristischen Kurve 601 jeweils 0,1 ppm/°C und -2,5×10-3 ppm/°C2. Das heißt, in dem an die Siliziumoxidschicht angeschlossenen elektrostatischen Schwingungserzeuger wird ein Frequenz-Temperaturkoeffizient erster Ordnung α verwirklicht, der fast den gleichen Wert hat wie der Frequenz-Temperaturkoeffizient erster Ordnung des AT-Schnitts. Jedoch wird bezüglich des Frequenz-Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung β ein Wert, der fast immer der gleiche wie der Frequenz-Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung des AT-Schnitts ist, nicht verwirklicht.

Die Gründe dafür werden nachstehend beschrieben. Die Resonanzfrequenz F des in der Siliziumoxidschicht angeschlossenen elektrostatischen Schwingungserzeugers, der in 8. und 9 dargestellt ist, wird durch Gleichung (2) gegeben. [0019]
[Gleichung 2] F=(1,875)24πES3ρSαL2(1+2Γ)ϕ(Γ)embedded image

Hier ist ES der Elastizitätsmodul bzw. ρS die Dichte von Silizium. Ferner sind a und L die Breiten- und Längenmaße des in 8 und 9 dargestellten Schwingungserzeugers. Zusätzlich kann ein Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht und eine Oxidschicht-Korrekturfunktion φ(Γ) als Gleichungen (3) und (4) geschrieben werden, indem die Breite des Schwingungserzeugers und die Dicke der Siliziumoxidschicht, die jeweils a und b sind, genutzt werden. [0021]
[Gleichung 3] Γ=b/aembedded image[0022]
[Gleichung 4] φ(Γ)=1+2Γ1+2Γ{1+11+2Γ+1(1+2Γ)2}ΔE+2bh(1+ΔE)1+2Γ1+2ΓΔρ+2bh(1+Δρ)embedded image

φ(Γ) ist eine durch die obige Gleichung definierte, dimensionslose Funktion. Außerdem können ΔE und Δρ in Gleichung (4) als Gleichungen (5) und (6) geschrieben werden, indem der Elastizitätsmodul und die Dichte der Siliziumoxidschicht verwendet werden, die E0 bzw. ρ0 sind. [0024]
[Gleichung 5] ΔE=(E0ES)/ESembedded image[0025]
[Gleichung 6] Δρ=(ρ0ρS)/ρSembedded image

ΔE und Δρ sind wie in den Gleichungen 5 und 6 definiert. Die Temperatureigenschaften der Resonanzfrequenz des Schwingungserzeugers mit der aus Silizium und der Siliziumoxidschicht aufgebauten zweischichtigen Struktur, wie durch Gleichung 2 gegeben, werden im Wesentlichen durch den Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls und den Temperaturkoeffizienten der Dichte des Siliziums und der Siliziumoxidschicht bestimmt. Die obigen Gleichungen sind Gleichungen, die von einem theoretischen Hintergrund abgeleitet sind, dass die um den Querschnitt des schwingenden Teils herum gebildete Siliziumoxidschicht ein Flächenträgheitsmoment des schwingenden Teils ändert. Physikalisch kann eine Änderung der Frequenz-Temperatur-Eigenschaften aus einer Änderung der Temperatureigenschaften des Flächenträgheitsmoments erläutert werden. [0027] [Tabelle 2]

WerteTemperaturkoeffizient erster Ordnung (ppm/°C)Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung (ppm/°C2)SiliziumElastizitätsmodul130-63-56×10-3ES (GPa)Dichte ρS2300-8,5-25,5×10-3(kg/m3)Silizium-Elastizitätsmodul57+1950 bis 10×10oxidschichtE0 (GPa)Dichte ρ02200+1,50 bis 10×10-3(kg/m3)

Tabelle 2 zeigt Elastizitätsmodul und Dichte von Silizium und Siliziumoxidschicht sowie deren Temperaturkoeffizienten. 11 und 12 sind charakteristische Diagramme, die die Frequenz-Temperaturkoeffizienten des in 7 dargestellten elektrostatischen Schwingungserzeugers zeigen, die unter Verwendung der in Tabelle 2 gezeigten Zahlenwerte und Gleichung (2) berechnet wurden.

11 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit des Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung von dem Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht zeigt. Die senkrechte Achse stellt den Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung und die waagerechte Achse das Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht dar. Charakteristische Kurven 1101, die in dieser Figur gezeigt sind, stellen eine Vielzahl von charakteristischen Kurven dar, die die Verhältnisse zwischen dem Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung und dem Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht mit dem als Parameter genutzten Seitenverhältnis a/h des Querschnitts des in 9 dargestellten schwingenden Teils 804 zeigen. Es kann aus dieser Figur ermittelt werden, dass es bei jedem Seitenverhältnis a/h ein Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht gibt, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient α erster Ordnung 0 ist. Das heißt, ohne Rücksicht auf die Größenordnung des Seitenverhältnisses des Querschnitts des schwingenden Teils 804 gibt es ein optimales Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient α erster Ordnung 0 ist.

12 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit des Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung von dem Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht zeigt. Die senkrechte Achse von 12 stellt den Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung und die waagerechte Achse das Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht dar. Die in dieser Figur dargestellten charakteristischen Kurven 1201 zeigen eine Vielzahl charakteristischer Kurven, die die Beziehungen zwischen dem Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung und dem Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht mit dem als einen Parameter genutzten Seitenverhältnis a/h des Querschnitts des in 9 gezeigten schwingenden Teils 804 darstellen. Aus dieser Figur kann herausgefunden werden, dass, selbst wenn das Seitenverhältnis a/h verändert ist, es kein Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht geben wird, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung 0 ist. Das heißt, aus dieser Figur kann ermittelt werden, dass der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung durch den Effekt der Siliziumoxidschicht nicht Null gemacht werden kann.

Daher kann der konventionelle, an die Siliziumoxidschicht angeschlossene elektrostatische Schwingungserzeuger den Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung, der fast den gleichen Wert wie der Frequenz-Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung des AT-Schnitts hat, nicht verwirklichen, ungeachtet der Tatsache, dass er den Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung, der fast den gleichen Wert wie der Frequenz-Temperaturkoeffizient erster Ordnung des AT-Schnitts hat, verwirklichen kann. Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der oben beschriebenen Probleme vorgesehen und zielt darauf ab, einen elektrostatischen Schwingungserzeuger zur Verfügung zu stellen, bei dem sowohl der Frequenz-Temperaturkoeffizient α erster Ordnung als auch der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung im Wesentlichen gleichzeitig Null sind, nämlich fast die gleichen Werte wie die des AT-Schnitts aufweisen.

Mittel zur Lösung der Probleme

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen. Das schwingende Teil eines elektrostatisch ausgelösten Biegeschwingungserzeugers des MEMS-Typs mit einer Art von an beiden Enden festgelegten Schwingungsrandbedingungen ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Struktur aufweist, bei der auf diesem eine Siliziumoxidschicht ausgebildet wird und eine bei Bildung der Siliziumoxidschicht erzeugte Druckspannung auf das schwingende Teil von beiden Enden des schwingenden Teils aufgebracht wird.

Ein Spannungsmechanismus zum Aufbringen der Druckspannung wird nachstehend ausgeführt. Der Mechanismus zum Aufbringen von Spannung ist dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Anschlussbrücke an einer Position parallel zu dem schwingenden Teil aufweist und eine Struktur besitzt, in der beide Enden der Anschlussbrücke und beide Enden des schwingenden Teils eine Einheit bildend gestaltet sind, und zumindest ein Ende des schwingenden Teils auf einem Siliziumsubstrat angeschlossen ist, wodurch eine vor der oder nach der Bildung der Siliziumoxidschicht erzeugte thermoelastische Verformungsspannung der Anschlussbrücke auf das schwingende Teil als eine Druckspannung aufgebracht wird.

Die vorliegende Erfindung stellt einen elektrostatischen Schwingungserzeuger bereit, der umfasst: eine Schwingplatte mit schwingenden Teilen, die mit einer Siliziumoxidschicht überzogen sind, und die mit beiden Enden fixierte Anschlussbrücken sind und elektrostatisch ausgelöst werden, um Biegeschwingung durchzuführen; eine Schicht mit vergrabenem Oxid, die mit einem Teil der Schwingplatte verbunden ist, um die Schwingplatte zu fixieren; ein Substrat, das mit einer Oberfläche verbunden ist, die der Oberfläche der mit der Schwingplatte parallel zu dieser verbundenen Schicht mit vergrabenem Oxid gegenüber liegt; und Elektroden, die auf dem Substrat so ausgebildet sind, dass sie parallel zu einem Hohlraum an beiden Seiten jedes der schwingenden Teile angeordnet sind.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des elektrostatischen Biegeschwingungserzeugers einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumoxidschicht des Schwingungserzeugers in linienförmiger Symmetrie bezüglich einer beliebigen von Längsrichtung und Querrichtung der schwingenden Teile ausgebildet ist.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der schwingenden Teile auf der Schwingplatte ausgebildet sind und die kompletten schwingenden Teile parallel angeordnet sind.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingplatte Temperaturkompensationsteile, die nicht mit einer Siliziumoxidschicht überzogen sind, und die schwingenden Teile enthält.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Temperaturkompensationsteile auf der Schwingplatte ausgebildet sind und in linienförmiger Symmetrie bezüglich einer Mittellinie des Substrats angeordnet sind.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die schwingenden Teile auf beiden Seiten von jedem der Temperaturkompensationsteile mit einem dazwischen angeordneten fixierten Teil ausgebildet sind.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Hohlräume an Positionen aufweist, die den Temperaturkompensationsteilen entsprechen.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat entlang dessen gegenüberliegenden Seiten ein Paar von Schichten mit vergrabenem Oxid aufweist, die fixierten Teile der schwingenden Teile mit einem Paar von Pufferschichten verbunden sind und ein vorstehendes Teil, das gestaltet ist, um durch Befestigung an einem einzigen Ende angebracht zu werden, auf einem Teil einer Oberfläche des der Schwingplatte gegenüber liegenden Substrats ausgebildet ist.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumoxidschicht eine Schicht ist, die durch ein thermisches Oxidationsverfahren ausgebildet wird.

Der Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumoxidschicht eine Schicht ist, die durch ein CVD Verfahren ausgebildet wird.

Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein elektronisches Gerät bereit, das den Schwingungserzeuger aufweist.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Beide, der Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung einer Druckspannung, die sich ergibt aus einer thermoelastischen Verformung von Teilen außer dem schwingenden Teil, die vor und nach einer Bildung der Siliziumoxidschicht erzeugt wird, besitzen einen positiven Wert. Durch den Einsatz eines Mechanismus, bei dem die Druckspannung auf das schwingende Teil aufgebracht wird, auf dem die Siliziumoxidschicht ausgebildet ist, können der Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung gleichzeitig Null gemacht werden. Auf diese Weise kann ein elektrostatischer Schwingungserzeuger mit Frequenz-Temperatur-Eigenschaften von gleichem Niveau wie der AT-Schnitt verwirklicht werden.

Figurenliste

  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines elektrostatischen Schwingungserzeugers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 ist die Querschnittsdarstellung eines schwingenden Teils 102 und eines schwingenden Teils 103, die in 1 gezeigt sind;
  • 3 ist eine Längsschnittdarstellung des schwingenden Teils 102 und des schwingenden Teils 103, die in 1 gezeigt sind;
  • 4 ist eine grafische Darstellung, die einen Mechanismus zum Aufbringen von Druckspannung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 5 ist ein Begriffsschema eines zur Herstellung eines elektrostatischen Schwingungserzeugers genutzten SOI Wafers;
  • 6 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften eines AT-Schnitts zeigt;
  • 7 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften eines konventionellen elektrostatischen Schwingungserzeugers zeigt;
  • 8 ist die perspektivische Darstellung eines elektrostatischen Schwingungserzeugers im Biegeschwingungsmodus von der an einem einzigen Ende festgelegten Art, bei dem auf einem schwingenden Teil eine Siliziumoxidschicht ausgebildet ist;
  • 9 ist die Schnittansicht eines in 8 gezeigten schwingenden Teils 804;
  • 10 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des in 8 und 9 dargestellten elektrostatischen Schwingungserzeugers zeigt;
  • 11 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit eines Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung von einem Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht zeigt;
  • 12 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit eines Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung von einem Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht zeigt;
  • 13 ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Änderung von Temperaturen nahe der Raumtemperatur einer Druckspannung eines schwingenden Teils gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 14 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit eines Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung eines elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung von dem Seitenverhältnis L/a des Schwingungserzeugers zeigt;
  • 15 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit eines Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung der Frequenz-Temperatur-Eigenschaft des Schwingungserzeugers gemäß der vorliegenden Erfindung von einem Seitenverhältnis L/a des Schwingungserzeugers zeigt;
  • 16 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Funktionsbeziehung zwischen einem Seitenverhältnis R des Schwingungserzeugers und einem Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht zeigt, bei der der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung gemäß der vorliegenden Erfindung Null wird;
  • 17 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkungen des elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines elektrostatischen Schwingungserzeugers nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 19 ist eine grafische Darstellung, die einen Mechanismus zum Aufbringen von Druckspannung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 20 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines elektrostatischen Schwingungserzeugers nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 21 ist eine grafische Darstellung, die eine Profilstruktur des elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen

Im Folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnungen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und deren Wirkungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines elektrostatischen Schwingungserzeugers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Schwingungserzeuger mit einer Länge L ist auf einem Siliziumsubstrat (Substrat) 101 ausgebildet. Der Schwingungserzeuger ist gestaltet durch zwei in gleicher Form ausgebildete schwingende Teile, die erste Anschlussbrücken sind, und Abmessungen der Art mit an beiden Enden festgelegten Schwingungsrandbedingungen aufweisen. Der Schwingungserzeuger mit den zwei schwingenden Teilen, die schwingende Teile 102 bzw. 103 sind, ist so gestaltet, dass er mit den fixierten Teilen 104 und 105 eine Einheit bildet. Außerdem ist ein Paar von Temperaturkompensationsteilen 106 als zweite Anschlussbrücken an Positionen parallel zu den schwingenden Teilen 102 und 103 ausgebildet. Ferner sind diese Temperaturkompensationsteile 106 und schwingenden Teile 102 und 103 mit den fixierten Teilen 104 und 105, die dazwischen angeordnet sind, als eine Einheit ausgebildet. Das fixierte Teil 104 ist auf dem Siliziumsubstrat 101 mit einer dazwischen angeordneten Schicht 107 mit vergrabenem Oxid angebracht. Im Gegensatz dazu ist zwischen dem fixierten Teil 105 und dem Siliziumsubstrat 101 ein der Dicke der Schicht 107 mit vergrabenem Oxid entsprechender Hohlraum 108 vorhanden. Die Schwingungsverschiebungen der schwingenden Teile 102 und 103 sind jeweils eine Schwingungsverschiebung 109 und eine Schwingungsverschiebung 110, deren Schwingungsamplituden dieselben sind und ein Unterschied von deren Phasen 180° beträgt. Die schwingenden Teile 102 und 103 sowie die fixierten Teile 104 und 105 sind auf der gleichen Ebene ausgebildet, wobei eine diese Teile enthaltende Ebene als Schwingplatte 118 bezeichnet wird.

In der Figur dargestellte Anregungselektroden 111 und 112 sind Anregungselektroden zur Anregung einer solchen Schwingungsverschiebung. Beide Anregungselektroden sind so gestaltet, dass sie eine Einheit mit dem Siliziumsubstrat 101 mit der dazwischen angeordneten Schicht 107 mit vergrabenem Oxid bilden. Ein Paar von an der Außenseite der schwingenden Teile 102 und 103 angeordneten Anregungselektroden 111 und die an der Innenseite beider schwingenden Teile angeordnete Anregungselektrode 112 sind elektrisch so verbunden, dass sie unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Außerdem ist der schraffierte Teil in der Figur eine Siliziumoxidschicht 113, die nur in den die schwingenden Teile 102 und 103 enthaltenden näheren Umgebungen ausgebildet ist. Die Siliziumoxidschicht 113 ist eine Siliziumoxidschicht, die entsprechend einem thermischen Oxidationsverfahren ausgebildet wird. Im Allgemeinen wird bei einem thermischen Oxidationsverfahren eine Siliziumoxidschicht auf den Temperaturkompensationsteilen 106 sowie den schwingenden Teilen 102 und 103 ausgebildet. Jedoch wird bei dem in der Figur gezeigten elektrostatischen Schwingungserzeuger nach der thermischen Oxidation die auf den Temperaturkompensationsteilen 106 ausgebildete Siliziumoxidschicht durch Ionenstrahlätzverfahren oder dergleichen selektiv entfernt.

Bei der thermischen Oxidation wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Siliziumoxidschicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 und den Anregungselektroden 111 und 112 außer den schwingenden Teilen und den Temperaturkompensationsteilen ausgebildet. Weil die Siliziumoxidschicht keinen großen Einfluss auf die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften hat, die durch die vorliegende Erfindung verbessert werden sollten, ist deren Darstellung jedoch in der Beschreibung der Figur weggelassen.

2 ist eine Querschnittdarstellung der in 1 gezeigten schwingenden Teile 102 und 103. Die Profilstruktur der schwingenden Teile 102 und 103 hat einen zweischichtigen Aufbau mit der den Querschnitt umgebenden Siliziumoxidschicht 113 und einem Siliziumteil 114 an dem mittleren Teil. In 2 sind ähnlich 9, wie in der Figur dargestellt, die Abmessungen von Breite und Dicke des schwingenden Teils a, h und das Dickenmaß der Siliziumoxidschicht b.

3 ist eine Längsschnittdarstellung der in 1 gezeigten schwingenden Teile 102 und 103 und eine Schnittansicht in der Nähe eines zentralen Punktes 116 beider schwingender Teile. In der Schnittdarstellung besitzt die Profilstruktur, ähnlich 2, einen zweischichtigen Aufbau mit der den Querschnitt umgebenden Siliziumoxidschicht 113 und dem Siliziumteil 114 an dem mittleren Teil. In den schwingenden Teilen des in 1 gezeigten elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung wird eine Beanspruchung parallel zu einer axialen Linie 115 in Längsrichtung der schwingenden Teile und auf die um das Siliziumteil 114 herum ausgebildete Siliziumoxidschicht 113 mit einer Dicke von b aufgebracht. Richtung der Aufbringung und Größe der Beanspruchung zeigen eine gleichmäßige Verteilung in Richtung der axialen Linie 115. Im Gegensatz dazu ist die Spannungsverteilung innerhalb des in 3 dargestellten Querschnitts in den Richtungen von Dicke und Breite sowie in den Bereichen der Siliziumoxidschicht 113 und des Siliziumteils 114 nicht gleichmäßig. Obwohl eine ausführliche theoretische Beschreibung weggelassen ist, wurde herausgefunden, dass eine in den schwingenden Teilen des elektrostatischen Schwingungserzeugers verteilte Spannung einen Einfluss auf die Frequenzeigenschaften und die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften als mittlere Beanspruchung innerhalb des Querschnitts der schwingenden Teile hat. Die mittlere Beanspruchung innerhalb des Querschnitts der schwingenden Teile ist eine in der Figur dargestellte mittlere Profilspannung 117. Die mittlere Profilspannung 117 ist eine in Richtung des zentralen Punktes 160 wirkende Spannung, nämlich eine Druckspannung, die ein negatives Vorzeichen (-) aufweist.

Die Resonanzfrequenz des in 1, 2 und 3 dargestellten elektrostatischen Schwingungserzeugers, bei dem die Siliziumoxidschicht auf den schwingenden Teilen ausgebildet ist und auf die eine Beanspruchung aufgebracht wird, ist durch Gleichung (7) gegeben. [0054]
[Gleichung 7] F=n24πES3ρSaL2(1+2Γ)φ(Γ)[1+12n2ρSσ0<ρ>ES(La)2(1+2Γ)2ϕ(Γ)2]12embedded image

Hier ist ES der Elastizitätsmodul bzw. ρS die Dichte von Silizium, und a und L sind die Breiten- und Längenmaße des in 1, 2 und 3 gezeigten Schwingungserzeugers. Das Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht, die Oxidschicht-Korrekturfunktion ϕ(Γ) sowie ΔE und Δρ sind durch dieselben Definitionsgleichungen wie Gleichungen (3) bis (6) definiert. Außerdem ist die in 3 dargestellte mittlere Profilspannung 117 σ0 in Gleichung (7). Ferner ist < ρ > die Dichte des in der Figur gezeigten elektrostatischen Schwingungserzeugers und durch Gleichung (8) unter Verwendung der Dichte ρS von Silizium, der Dichte ρ0 der Siliziumoxidschicht, des Breitenmaßes a und des Dickenmaßes h des schwingenden Teils und des Dickenmaßes b der Siliziumoxidschicht gegeben. [0056]
[Gleichung 8] <ρ>=ρS1+2Γ1+2ΓΔρ+2bh(1+Δρ)1+2bhembedded image

Zusätzlich wird in dem in der Figur dargestellten elektrostatischen Schwingungserzeuger mit dem Typ der an beiden Enden festgelegten Schwingungsrandbedingungen durch Gleichung (9) eine Wellenzahl n in Gleichung (7) bestimmt. [0058]
[Gleichung 9] n=4,730[16×0,2250(4,730)2(La)2ρS<ρ>(1+2Γ)2ϕ(Γ)2σ0ES]embedded image

Wie in den Gleichungen (7), (8) und (9) gezeigt ist, wurde herausgefunden, dass, wenn eine Profilspannung gleichzeitig auf die schwingenden Teile und die Siliziumoxidschicht aufgebracht wird, deren Frequenz-Temperaturkoeffizient von der mittleren Profilspannung σ0 und dem Seitenverhältnis L/a des schwingenden Teils sowie von dem Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht abhängig ist. Mit anderen Worten, es wurde herausgefunden, dass der Frequenz-Temperaturkoeffizient abhängig ist sowohl von den Temperatureigenschaften der auf die schwingenden Teile aufgebrachten mittleren Profilspannung als auch von einer Änderung der Temperatureigenschaften des Flächenträgheitsmoments.

4 ist eine grafische Darstellung, die einen Mechanismus veranschaulicht, bei dem eine thermoelastische Verformung wie eine Druckspannung auf die schwingenden Teile in dem in den 1, 2 und 3 gezeigten elektrostatischen Schwingungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird. Diese Figur ist eine Draufsicht eines in 1 gezeigten elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung, der die schwingenden Teile 102 und 103, auf denen die Siliziumoxidschicht 113 ausgebildet ist, und das Paar von Temperaturkompensationsteilen 106 enthält, die mit den schwingenden Teilen an Positionen parallel zu den schwingenden Teilen mit den dazwischen angeordneten fixierten Teilen 104 und 105 eine Einheit bildend gestaltet sind.

In der Figur ist in den Temperaturkompensationsteilen 106 eine thermoelastische Kompensationsteil-Verformungsspannung 401 vorhanden. Außerdem ist in den schwingenden Teilen 102 und 103 eine thermoelastische Schwingungsteil-Spannung 402 vorhanden. Beim thermischen Oxidationsverfahren zur Bildung der Siliziumoxidschicht des elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung wird die Siliziumoxidschicht sowohl auf der Anschlussbrücke 106 als auch den schwingenden Teilen 102 und 103 ausgebildet. Jedoch wird nach der thermischen Oxidation die auf den Temperaturkompensationsteilen 106 ausgebildete Siliziumoxidschicht durch Ionenstrahlätzverfahren oder dergleichen selektiv entfernt.

Die Größen der thermoelastischen Kompensationsteil-Verformungsspannung 401 und der thermoelastischen Schwingungsteil-Spannung 402, die in 4 dargestellt sind, sind unterschiedlich. [0063] [Tabelle 3]

Lineares Ausdehnungsverhältnis(ppm/°C)Silizium2,84Siliziumoxidschicht0,5

Tabelle 3 zeigt die linearen Ausdehnungsverhältnisse des Siliziums und der Siliziumoxidschicht, wobei die linearen Ausdehnungsverhältnisse des Siliziums und der Siliziumoxidschicht stark abweichen. Das lineare Ausdehnungsverhältnis der Siliziumoxidschicht besitzt einen Wert, der 1/5 von dem des Siliziums entspricht oder kleiner als dieser ist. Bei Entfernung der Siliziumoxidschicht besitzen die Temperaturkompensationsteile 106 ein lineares Ausdehnungsverhältnis, das dem linearen Ausdehnungsverhältnis des Siliziums entspricht.

Im Gegensatz dazu ändert sich das lineare Ausdehnungsverhältnis der schwingenden Teile 102 und 103, auf denen die Siliziumoxidschicht 113 ausgebildet ist, stark aufgrund des Einflusses der Siliziumoxidschicht 113. Das lineare Ausdehnungsverhältnis hat im Vergleich zu dem linearen Ausdehnungsverhältnis des üblichen Siliziums einen kleinen Wert.

Die in der Figur dargestellte thermoelastische Kompensationsteilspannung 401 ist dem linearen Ausdehnungsverhältnis der Temperaturkompensationsteile 106 proportional. Die thermoelastische Schwingungsteilspannung 401 ist proportional dem linearen Ausdehnungsverhältnis der schwingenden Teile 102 und 103. Deshalb ist die in der Figur dargestellte thermoelastische Schwingungsteilspannung 401 größer als die thermoelastische Kompensationsteilspannung 402, die in der gleichen Figur dargestellt ist. Eine Differenz in den Größen beider thermoelastischer Spannungen ist die Ursache der mittleren Profilspannung 117, die wie eine Druckspannung auf die schwingenden Teile wirkt, die in 3 dargestellt sind.

13 zeigt die mittlere Profilspannung in den schwingenden Teilen, die aufgrund der Differenz in den Größen der thermoelastischen Spannungen der thermoelastischen Schwingungsteilspannung 401 und der thermoelastischen Kompensationsteilspannung 402 erzeugt wird. Das heißt, 13 ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Änderung von Temperaturen in der Nähe der Raumtemperatur der Druckspannung darstellt.

Die Siliziumoxidschicht wird in einer Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre thermisch oxidiert. Die Kalzinierungstemperatur beträgt etwa 1000°C. Die senkrechte Achse der Figur stellt die mittlere Profilspannung (Druckspannung) der schwingenden Teile 102 und 103 und die waagerechte Achse die Temperatur dar. Außerdem ist der Bereich, der der senkrechten Achse der Figur entspricht, ein Bereich, bei dem die mittlere Profilspannung einen negativen Wert besitzt, und sich die mittlere Profilspannung Null nähert, wenn sie entlang der senkrechten Achse nach oben geht. Drei charakteristische Kurven 1301, 1302 und 1303 in der Figur sind charakteristische Kurven, die die Temperatureigenschaften der mittleren Profilspannung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Diese Kurven werden unterschiedliche Eigenschaftskurven, die von dem durch Gleichung (3) definierten Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht abhängig sind.

Wenn das Verhältnis Γ größer wird, nimmt die in der Figur dargestellte mittlere Profilspannung zur negativen Seite hin zu und wirkt wie eine größere Druckspannung. Das heißt, wenn das den charakteristischen Kurven 1301, 1302 und 1303 entsprechende Dickenverhältnis der Siliziumoxidschicht jeweils Γ1, Γ2 und Γ3 ist, erfüllen sie eine Beziehung Γ1 > Γ2 > Γ3. Die wichtigen Eigenschaften der Temperaturänderung der in der Figur dargestellten mittleren Profilspannung liegen darin, dass beide, der Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung einen positiven Wert besitzen.

Hierbei gibt es Eigenschaften, dass die mittlere Profilspannung wie die Druckspannung wirksam ist und dass der Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung ein positives Vorzeichen besitzen. Diese Eigenschaften können durch die Tatsache erklärt werden, dass beide Enden der Temperaturkompensationsteile 106 und beide Enden der schwingenden Teile 102 und 103, die in 1, 2 und 3 dargestellt sind, miteinander verbunden werden. Außerdem ist im Allgemeinen die Siliziumoxidschicht auf den schwingenden Teilen ausgebildet. In Ergänzung dazu werden die Temperaturkompensationsteile, auf denen die Siliziumoxidschicht nicht ausgebildet ist, mit beiden Enden der schwingenden Teile verbunden, wodurch die in den Querschnitten der schwingenden Teile induzierte mittlere Profilspannung wie eine Druckspannung wirksam ist. Außerdem haben beide, der Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung der Druckspannung ein positives Vorzeichen.

Beide, der Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung der als Druckspannung auf die schwingenden Teile wirkenden mittleren Profilspannung haben einen positiven Wert. Daher können durch Prüfung des Dickenverhältnisses Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht und des Seitenverhältnisses L/a der schwingenden Teile sowohl der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung als auch der Temperaturkoeffizient erster Ordnung gesteuert werden.

14 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit der Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung des in 1 dargestellten Schwingungserzeugers von dem Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis L/a zeigt. Die charakteristische Kurve ist mit dem als einen Parameter verwendeten Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht gezeigt. Die senkrechte Achse stellt den Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung und die waagerechte Achse das Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis L/a dar.

Die vier charakteristischen Kurven 1401, 1402, 1403 und 1404 entsprechenden Dickenverhältnisse Γ der Siliziumoxidschicht sind jeweils Γ1, Γ2, Γ3 und Γ4 und erfüllen die Beziehung Γ1 < Γ2 < Γ3 < Γ4. Mit Zunahme des Dickenverhältnisses Γ der Siliziumoxidschicht ändert sich das Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis R, bei dem der Temperaturkoeffizient α erster Ordnung Null wird. Das heißt, in der Figur sind die Schwingungserzeuger-Seitenverhältnisse R, R, R und R jeweils für die Siliziumoxidschicht-Dickenverhältnisse Γ1, Γ2, Γ3 bzw. Γ4. Es kann ermittelt werden, dass das Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient α erster Ordnung Null ist, eine Funktionsbeziehung aufweist, so dass er sich mit der Zunahme des Dickenverhältnisses Γ der Siliziumoxidschicht vergrößert.

15 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit des Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung der Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des in 1 gezeigten Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung vom Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis L/a zeigt. Diese Figur stellt die Abhängigkeit mit dem als einen Parameter genutzten Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht dar. Die senkrechte Achse stellt den Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung und die waagerechte Achse das Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis L/a dar. Die den vier charakteristischen Kurven 1501, 1502, 1503 und 1504 entsprechenden Siliziumoxidschicht-Dickenverhältnisse Γ besitzen, ähnlich 14, Werte Γ1, Γ2, Γ3, bzw. Γ4 und erfüllen die Beziehung Γ1 < Γ2 < Γ3 < Γ4., ähnlich 14.

Aus der Figur kann herausgefunden werden, dass es ein Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis gibt, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung Null wird.

Der Grund dafür ergibt sich aus der Tatsache, dass, wie in 13 beschrieben, der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung der auf den Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung wirkenden Druckspannung einen positiven Wert besitzt. Ähnlich 14 ändert sich mit der Zunahme des Dickenverhältnisses Γ der Siliziumoxidschicht das Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis R, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung Null wird. Das heißt, in der Figur sind R, R, R und R die Schwingungserzeuger-Seitenverhältnisse R für die Siliziumoxidschicht-Dickenverhältnisse Γ1, Γ2, Γ3 bzw. Γ4. Es kann ermittelt werden, dass das Seitenverhältnis des Schwingungserzeugers, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung Null ist, eine Funktionsbeziehung besitzt, so dass er sich mit der Zunahme des Dickenverhältnisses Γ der Siliziumoxidschicht verkleinert.

16 ist ein charakteristisches Diagramm, das die in 14 beschriebene Funktionsbeziehung zwischen dem Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis R und dem Dickenverhältnis Γ der Siliziumoxidschicht, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient α erster Ordnung Null wird, als eine charakteristische Kurve 1601 und die in 15 beschriebene Funktionsbeziehung zwischen dem Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis R und dem Siliziumoxidschicht-Dickenverhältnis Γ, bei dem der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung Null wird, als eine charakteristische Kurve 1602 zeigt.

In der Figur stellt die senkrechte Achse das Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis R (=L/a) und die waagerechte Achse das Dickenverhältnis Γ (=b/a) der Siliziumoxidschicht dar. Der Schnittpunkt 1603 der zwei charakteristischen Kurven 1601 und 1602 ist der Punkt, an dem beide, der Frequenz-Temperaturkoeffizient α erster Ordnung und der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung, gleichzeitig Null werden. Zu diesem Zeitpunkt sind das Dickenverhältnis der Siliziumoxidschicht und das Schwingungserzeuger-Seitenverhältnis Γ0 bzw. R0. 17 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des in 1 dargestellten elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung zeigt, auf den die zwei Konstruktionsparameter angewendet werden.

17 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkungen des elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die senkrechte Achse stellt das Verhältnis der Frequenzwandlung und die waagerechte Achse die Temperatur dar. Eine charakteristische Kurve 1701 in der Figur zeigt die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften nach der vorliegenden Erfindung, und eine charakteristische Kurve 601 zeigt die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des in 6 und 10 beschriebenen AT-Schnitts. Wie aus der Figur verständlich wird, wird im elektrostatischen Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung die Siliziumoxidschicht, deren Temperaturkoeffizient erster Ordnung des Elastizitätsmoduls einen positiven Wert besitzt, auf den schwingenden Teilen ausgebildet und eine Druckspannung aufgebracht, die bei Bildung der Siliziumoxidschicht erzeugt wird und deren beide Temperaturkoeffizienten erster und zweiter Ordnung einen positiven Wert besitzen. Daher können die schlechten Frequenz-Temperatur-Eigenschaften, die sich aus der Tatsache ergeben, dass der Temperaturkoeffizient erster Ordnung und der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung des Elastizitätsmoduls des Siliziums mit negativen Werten verbessert werden können, so dass der Frequenz-Temperaturkoeffizient α erster Ordnung und der Frequenz-Temperaturkoeffizient β zweiter Ordnung gleichzeitig Null werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften mit im Wesentlichen dem gleichen Niveau wie der Quarz-AT-Schnitt zu verwirklichen.

18 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines elektrostatischen Schwingungserzeugers nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Schwingungserzeuger, der eine Länge L besitzt und durch zwei schwingende Teile gestaltet ist, die erste Anschlussbrücken mit gleicher Form und gleichen Maßen sind, die an beiden Enden festgelegte Schwingungsrandbedingungen aufweisen, ist auf einem Siliziumssubstrat 1801 ausgebildet. Die zwei schwingenden Teile sind schwingende Teile 1802 bzw. 1803.

Im Schwingungserzeuger sind fixierte Teile 1804 und 1805 eine Einheit bildend gestaltet. Ein Temperaturkompensationsteil 1806 ist an einer Zwischenposition der schwingenden Teile 1802 und 1803 als eine zweite Anschlussbrücke ausgebildet. Außerdem sind dieses Temperaturkompensationsteil 1806 und diese schwingende Teile 1802 und 1803 mit den dazwischen angeordneten, fixierten Teilen 1804 und 1805 eine Einheit bildend gestaltet. Das fixierte Teil 1804 ist auf einem Siliziumsubstrat 1801 angebracht mit einer dazwischen angeordneten Schicht 1807 mit vergrabenem Oxid. Im Gegensatz dazu ist zwischen dem fixierten Teil 1805 und dem Siliziumsubstrat 1801 ein der Dicke der Schicht 1807 mit vergrabenem Oxid entsprechender Hohlraum 1808 vorhanden. Die schwingenden Teile 1802 und 1803 sowie die fixierten Teile 1804 und 1805 sind auf der gleichen Ebene ausgebildet, wobei eine diese Teile enthaltende Ebene als eine Schwingplatte 1818 bezeichnet wird.

Die Schwingungsverschiebungen der schwingenden Teile 1802 und 1803 sind jeweils eine Schwingungsverschiebung 1809 und eine Schwingungsverschiebung 1810. Deren Schwingungsamplituden sind dieselben und deren Unterschied der Phasen beträgt 180°. In der Figur gezeigte Anregungselektroden 1811, 1812, 1813 und 1814 sind Anregungselektroden zur Anregung einer solchen Schwingungsverschiebung. Diese Anregungselektroden sind so gestaltet, um mit dem Siliziumssubstrat 1801 mit der dazwischen angeordneten Schicht 1807 mit vergrabenem Oxid eine Einheit zu bilden. Die Anregungselektroden 1811 und 1813 besitzen die gleiche Polarität, und die Anregungselektroden 1812 von 1814 weisen eine Polarität auf, die der der Anregungselektroden 1811 von 1813 entgegengesetzt ist.

Ferner ist der schraffierte Teil in der Figur eine Siliziumoxidschicht 1815, die nur in den näheren Umgebungen einschließlich der schwingenden Teile 1802 und 1803 ausgebildet wird. Die Siliziumoxidschicht 1813 ist eine Siliziumoxidschicht, die entsprechend einem thermischen Oxidationsverfahren ausgebildet wird. Im Allgemeinen wird bei einem thermischen Oxidationsverfahren eine Siliziumoxidschicht sowohl auf dem Temperaturkompensationsteil 1806 als auch den schwingenden Teilen 1802 und 1803 ausgebildet. Jedoch wird bei dem in der Figur gezeigten elektrostatischen Schwingungserzeuger die auf dem Temperaturkompensationsteil 1806 gebildete Siliziumoxidschicht nach der thermischen Oxidation selektiv entfernt, indem ein Ionenstrahl-Ätzverfahren oder dergleichen verwendet wird.

Ein in dem Siliziumsubstrat 1801 ausgebildeter Hohlraumteil 1816 ist ein Hohlraum, der verwendet wird, wenn die auf dem Temperaturkompensationsteil 1806 ausgebildete Oxidschicht entfernt wird. Dies ist ein Hohlraum, der notwendig ist, wenn die Oxidschicht auf der rückseitigen Oberfläche des Temperaturkompensationsteils 1806 durch Ionenstrahl-Ätzverfahren oder dergleichen entfernt wird. Bei der thermischen Oxidation wird die Siliziumoxidschicht nach der vorliegenden Erfindung auf den Oberflächen des Siliziumsubstrats 1801 und der Anregungselektroden 1811, 1812, 1813 und 1814, außer den schwingenden Teilen und dem Temperaturkompensationsteil, ausgebildet. Da die Siliziumoxidschicht jedoch keinen großen Einfluss auf die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften hat, die durch die vorliegende Erfindung verbessert werden sollten, wird deren Darstellung in der Beschreibung der Figur weggelassen.

19 ist eine grafische Darstellung, die einen Mechanismus veranschaulicht, wobei eine thermoelastische Verformung auf die schwingenden Teile als eine Druckspannung in dem in 18 dargestellten elektrostatischen Schwingungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird.

Diese Figur ist eine Draufsicht eines in 18 gezeigten elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung, der die schwingenden Teile 1802 und 1803 enthält, auf denen die Siliziumoxidschicht 1815 ausgebildet ist, und bei dem das Temperaturkompensationsteil 1806 gestaltet ist, um mit den schwingenden Teilen an einer Zwischenposition beider schwingender Teile mit dem fixierten Teil 1804 und dem fixierten Teil 1805, die dazwischen angeordnet sind, eine Einheit zu bilden.

In der Figur ist in dem Temperaturkompensationsteil 1806 eine thermoelastische Kompensationsteil-Verformungsspannung 1901 vorhanden. Ferner ist in den schwingenden Teilen 1802 und 1803 eine thermoelastische Schwingteilbeanspruchung 1902 vorhanden. Bei dem thermischen Oxidationsverfahren zur Bildung der Siliziumoxidschicht des elektrostatischen Schwingungserzeugers nach der vorliegenden Erfindung wird die Siliziumoxidschicht sowohl auf der Anschlussbrücke 1806 als auch den schwingenden Teilen 1802 und 1803 ausgebildet. Nach der thermischen Oxidation wird jedoch die auf den Temperaturkompensationsteilen 1806 ausgebildete Siliziumoxidschicht durch Ionenstrahl-Ätzverfahren oder dergleichen selektiv entfernt. Bei dem in 19 dargestellten Aufbau kann genau die gleiche Wirkung erreicht werden wie die in 4 dargestellte Wirkung, die die erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt. Auf diese Weise wirkt die thermoelastische Schwingteil-Verformungsspannung 1902 der schwingenden Teile 1802 und 1803 wie die Druckspannung, und es können die gleichen Wirkungen wie die in 1 dargestellte Ausführungsform erreicht werden.

20 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines elektrostatischen Schwingungserzeugers nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Ein Schwingungserzeuger, der eine Länge L aufweist und durch zwei schwingende Teile gestaltet ist, die erste Anschlussbrücken mit gleicher Form und Abmessungen sind, mit der Art von an beiden Enden festgelegten Schwingungsrandbedingungen, ist auf einem Siliziumsubstrat 2001 ausgebildet. Die zwei schwingenden Teile sind die Schwingteile 2002 bzw. 2003. In dem Schwingungserzeuger sind fixierte Teile 2004 und 2005 eine Einheit bildend gestaltet. Die fixierten Teile 2004 und 2005 sind auf dem Siliziumsubstrat 2001 mit einer dazwischen angeordneten Schicht 2006 mit vergrabenem Oxid befestigt. Die Schwingungsverschiebungen der schwingenden Teile 2002 und 2003 sind eine Schwingungsverschiebung 2007 bzw. eine Schwingungsverschiebung 2008. Deren Schwingungsamplituden sind dieselben und deren Unterschied der Phasen beträgt 180°. Die schwingenden Teile 2002 und 2003 sowie die fixierten Teile 2004 und 2005 sind auf der gleichen Ebene ausgebildet, wobei eine diese Teile enthaltende Ebene als eine Schwingplatte 2018 bezeichnet wird.

In der Figur dargestellte Anregungselektroden 2009 und 2010 sind Anregungselektroden zur Anregung einer solchen Schwingungsverschiebung. Beide Anregungselektroden sind gestaltet, um mit dem Siliziumsubstrat 2001 mit der dazwischen angeordneten Schicht 2006 mit vergrabenem Oxid eine Einheit zu bilden. Daher befinden sich die schwingenden Teile 2002 und 2003 in einem Zustand, bei dem sie von dem Siliziumsubstrat 2001 um einen der Dicke der Schicht 2006 mit vergrabenem Oxid entsprechenden Abstand schwebend gehalten werden.

Ein an der Außenseite der schwingenden Teile 2002 und 2003 angeordnetes Paar von Anregungselektroden 2009 und die an der Innenseite beider schwingender Teile angeordneten Anregungselektrode 2010 sind elektrisch so verbunden, dass sie unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Außerdem ist der schraffierte Teil in der Figur eine Siliziumoxidschicht 2011, die nur in den unmittelbaren Umgebungen einschließlich der schwingenden Teile 2002 und 2003 gebildet ist. Die Siliziumoxidschicht 2011 ist eine Siliziumoxidschicht, die entsprechend einem thermischen Oxidationsverfahren ausgebildet wird. Ein vorstehender Teil 2012 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats 2001 ausgebildet. Der vorstehende Teil 2012 dient als ein Befestigungsteil für ein Anpassungsgerät.

21 ist eine grafische Darstellung, die eine Profilstruktur des elektrostatischen Schwingungserzeugers gemäß der in 20 dargestellten dritten Ausführungsform zeigt und eine Querschnittsansicht des in 20 dargestellten schwingenden Teils 2002 ist.

In 21 ist im Siliziumsubstrat 2001 eine thermoelastische Verformungsspannung 2101 vorhanden. Da beide Enden des schwingenden Teils 2002 gestaltet sind, so dass sie mit dem Siliziumsubstrat 2001 mit der dazwischen angeordneten Schicht 2006 mit vergrabenem Oxid eine Einheit bilden, wird die in dem Siliziumsubstrat 2001 vorhandene thermoelastische Verformungsspannung 2101 auf das schwingende Teil 2002 als eine thermoelastische Schwingteilbeanspruchung 2102 aufgebracht.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Siliziumoxidschicht 2011 auf dem schwingenden Teil 2002 ausgebildet und aufgrund deren Wirkung ist das lineare Ausdehnungsverhältnis des schwingenden Teils 2002 klein im Vergleich zu dem linearen Ausdehnungsverhältnis des Siliziumsubstrats 2001. Daher wird die auf das schwingende Teil 2002 aufgebrachte thermoelastische Schwingteilbeanspruchung 2102 eine Druckspannung sein. Dieser Mechanismus zum Aufbringen von Spannungen weist das gleiche Prinzip wie der Mechanismus zum Aufbringen von Spannungen auf, der früher in den 1 und 18 beschrieben wurde. Dieser ist ein Mechanismus zum Aufbringen von Spannungen, der die in dem Siliziumsubstrat vorhandene thermoelastische Spannung anstelle der in 1 und 18 gezeigten Temperaturkompensationsteile nutzt.

Wenn der in 21 dargestellte elektrostatische Schwingungserzeuger tatsächlich auf einem Anpassungsgerät angebracht wird, dient die untere Fläche des vorstehenden Teils 2012 des in 21 gezeigten Siliziumsubstrats 2001 als ein Befestigungsteil 2103. Der Grund dafür wird nachstehend beschrieben.

Wenn die untere Fläche des Siliziumsubstrats 2001 eine einfache ebene Struktur aufweist, wird die Gesamtheit der unteren Fläche das Befestigungsteil sein, und es ist dadurch die Befürchtung vorhanden, dass sich die auf das schwingende Teil aufgebrachte Druckspannung infolge des Einflusses des Wärmeausdehnungsverhältnisses des Anpassungsgerätes außerordentlich ändern wird. Wenn das untere Teil 2103 des vorstehenden Teils 2012 des Siliziumsubstrats 2001 als das gemäß 21 dargestellte Befestigungsteil genutzt wird, wird das Wärmeausdehnungsverhältnis des Anpassungsgerätes keinen Einfluss auf das schwingende Teil haben. Bei der thermischen Oxidation wird die Siliziumoxidschicht auf den Oberflächen der schwingenden Teile 2002 und 2003 und der Anregungselektroden 2009 und 2010 entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet. Da jedoch die Siliziumoxidschicht insgesamt keinen Einfluss auf die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften hat, die durch die vorliegende Erfindung verbessert werden sollten, ist deren Darstellung in der Beschreibung der 21 weggelassen. Darüber hinaus wird die Siliziumoxidschicht auf dem Oberflächenteil 2103 des Siliziumsubstrats 2001 ausgebildet. Weil deren Dicke im Vergleich zur Dicke des Siliziumsubstrats 2001 klein ist, wird die Siliziumoxidschicht keinen Einfluss auf die Druckspannung haben. Darum ist deren Darstellung in 21 weggelassen.

Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, ist die genaue Gestaltung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen an der Ausführung vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das heißt, es wird auf den schwingenden Teilen eines elektrostatisch ausgelösten Biegeschwingungserzeugers vom MEMS-Typ der Art mit an beiden Enden festgelegten Schwingungsrandbedingungen eine Siliziumoxidschicht gebildet. Zumindest eine Struktur, auf der keine Oxidschicht gebildet wird, ist in der Nähe der schwingenden Teile vorgesehen. Durch Einsatz einer Struktur, in der ihre beiden Enden und beide Enden der schwingenden Teile eine Einheit bildend gestaltet sind, wird auf die schwingenden Teile eine Druckspannung aufgebracht. Infolgedessen können die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften verbessert werden.

Der elektrostatische Schwingungserzeuger nach der vorliegenden Erfindung besitzt einen Frequenz-Temperaturkoeffizienten α erster Ordnung und einen Frequenz-Temperaturkoeffizienten β zweiter Ordnung, die beide im Wesentlichen 0 sind, womit ein kompaktes und hochleistungsfähiges elektronisches Gerät unter Verwendung des elektrostatischen Schwingungserzeugers gebildet werden kann.

11 bis 16 und die Gleichungen 2 bis 9, die die Wirkungen der vorliegenden Erfindung beschreiben, sind Zeichnungen und Gleichungen, die basierend auf einer Form beschrieben werden, so dass auf der gesamten Oberfläche um die schwingenden Teile herum, wie in 2 und 3 gezeigt, eine Siliziumoxidschicht gebildet wird. Die Siliziumoxidschicht kann bezüglich einer beliebigen der Längsrichtung und der Seitenrichtung der schwingenden Teile symmetrisch ausgebildet sein, nämlich symmetrisch bezüglich des zentralen Punktes der schwingenden Teile. In diesem Fall sind das Flächenträgheitsmoment der schwingenden Teile und deren Temperatureigenschaften verändert. Obwohl es leichte Änderungen in einigen Gleichungen und den diese Wirkungen veranschaulichenden grafischen Darstellungen gibt, werden deshalb im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt. Das heißt, die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung bestehen in der Tatsache, dass das Flächenträgheitsmoment der schwingenden Teile durch Bildung einer Siliziumoxidschicht geändert wird, die einen Temperaturkoeffizienten mit einem zum Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls von Silizium auf den schwingenden Teilen unterschiedlichen Vorzeichen aufweist. In Ergänzung dessen bestehen die wichtigen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung in der Tatsache, dass die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften der schwingenden Teile durch Einsatz einer Struktur verbessert werden können, die eine Druckspannung in der axialen Richtung der schwingenden Teile aufbringt. Obwohl das Flächenträgheitsmoment auch dann verändert werden kann, wenn die Siliziumoxidschicht nicht symmetrisch bezüglich des zentralen Punktes der schwingenden Teile angeordnet ist, wird hier infolge der Asymmetrie der Siliziumoxidschicht eine Biegespannung auf die schwingenden Teile wirksam werden, wobei eine Verbesserung der Frequenz-Temperatur-Eigenschaften nicht möglich ist. Ferner ist die Bildung der Siliziumoxidschicht nicht auf das thermische Oxidationsverfahren beschränkt, und es können genau die gleichen Wirkungen erzielt werden, wenn die Siliziumoxidschicht entsprechend einem CVD Verfahren ausgebildet wird.

Bezugszeichenliste

101:
SILIZIUMSUBSTRAT
102:
SCHWINGENDES TEIL
103:
SCHWINGENDES TEIL
104:
FIXIERTES TEIL
105:
FIXIERTES TEIL
106:
TEMPERATURKOMPENSATIONSTEIL
107:
SCHICHT MIT VERGRABENEM OXID
108:
HOHLRAUM
109:
SCHWINGUNGSVERSCHIEBUNG
110:
SCHWINGUNGSVERSCHIEBUNG
111:
ANREGUNGSELEKTRODE
112:
ANREGUNGSELEKTRODE
113:
SILIZIUMOXIDSCHICHT
114:
SILIZIUMTEIL
115:
AXIALLINIE
116:
ZENTRALER PUNKT
117:
MITTLERE PROFILSPANNUNG
118:
SCHWINGPLATTE