谐振器和谐振系统的制作方法

谐振器和谐振系统
1.本技术要求于2022年04月01日提交的申请号为202210347533.1、发明名称为“谐振器、谐振系统及信号获取方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本技术中。
技术领域
2.本技术涉及器件技术领域，特别涉及一种谐振器和谐振系统。


背景技术：

3.谐振器是一种用于产生振动信号(也称频率信号)的器件，谐振器可以用于诸如振荡器、传感器等谐振系统中。
4.压电谐振器是一种较为常见的谐振器，压电谐振器包括：依次叠加的第一电极、压电层和第二电极。当第一电极和第二电极上加载有驱动信号时，压电谐振器能够在该驱动信号的作用下发生谐振，从而产生振动信号。
5.但是，压电谐振器的品质因子(quality factor，q)较低，并且在高q值谐振器应用中，压电谐振器的性能与压电谐振器的q正相关，因此，压电谐振器的性能较差。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种谐振器和谐振系统，可以解决压电谐振器的性能较差的问题，所述技术方案如下：
7.第一方面，提供了一种谐振器，该谐振器包括：压电谐振部、单晶谐振部和耦合部。压电谐振部包括：依次叠加的第一电极、压电层和第二电极。当第一电极和第二电极之间加载驱动信号时，压电谐振部能够在该驱动信号的作用下发生谐振。单晶谐振部的材质为单晶材质或掺杂后的单晶材质，如该单晶材质可以是单晶硅，掺杂后的单晶材质可以是掺杂浓度大于或等于10的19次方的单晶硅。压电谐振部与单晶谐振部能够谐振，且压电谐振部与单晶谐振部通过耦合部连接并耦合。由于压电谐振部和单晶谐振部能够通过耦合部耦合，因此，单晶谐振部位于压电谐振部的振动方向上。
8.本技术提供的谐振器中，单晶谐振部的材质为单晶材质或掺杂后的单晶材质，并不包含其他材质，可见，该单晶谐振部是由单晶材质或掺杂后的单晶材质这一种材质制成的部件。通常仅包括单晶材质或掺杂后的单晶材质的谐振部由于没有多层材料之间材料系数不匹配产生的热弹性损耗等问题，因此单晶谐振部的能量损耗较低，单晶谐振部的q较高。将压电谐振部与单晶谐振部耦合，能够使得包含这两者的谐振器的q高于压电谐振部的q。从而能够提升谐振器的q，减小谐振器的能量损耗，提升谐振器的性能。
9.另外，压电谐振部包括电极，单晶谐振部不包括电极，且压电谐振部与单晶谐振部通过耦合部耦合。这样一来，便可以将压电谐振部的电极与控制电路连接，并使控制电路从压电谐振部的电极上输入驱动信号，驱动谐振器谐振。并且，由于压电谐振部的机电转换效率较高，在压电谐振部上加载驱动信号相比在单晶谐振部上加载驱动信号，能够减小谐振
器的动态阻抗。
10.示例地，该谐振器可以包括：两个单晶谐振部，以及与两个单晶谐振部一一对应的两个耦合部；这两个单晶谐振部位于压电谐振部的相对两侧，压电谐振部与单晶谐振部通过该单晶谐振部对应的耦合部连接并耦合。在这种情况下，两个单晶谐振部和两个耦合部均相对分布在压电谐振部的两侧，从而使得整个谐振器具有较为对称的结构，便于谐振器的谐振。
11.需要说明的是，本技术以谐振器包括两个单晶谐振部和两个耦合部为例，当然，该谐振器也可以仅包括一个单晶谐振部和一个耦合部，或者，该谐振器也可以包括多于两个的单晶谐振部以及多于两个的耦合部，本技术对此不作限定。
12.以下将分别对谐振器中的各个部分进行说明。
13.(1)单晶谐振部。
14.对于单晶谐振部，本技术不限定单晶谐振部的振动模态。示例地，单晶谐振部的振动模态多种多样，比如，单晶谐振部的振动模态为呼吸模态、拉梅(lam
é
或lame)模态、方形扩展(square extensional，se)模态、长度伸张(length extensional，le)模态或宽度伸张(width extensional，we)模态等。
15.单晶谐振部的形状可以多种多样。示例地，单晶谐振部在平行于压电谐振部的压电层的参考平面上的正投影可以呈外环具有一种曲率半径且内环具有一种曲率半径的环形、圆形、椭圆形、外环具有多种曲率半径的环形、矩形(如正方形)。物体在参考平面上的正投影是指：从物体远离参考平面的一侧向参考平面照射垂直于参考平面的光时，在该参考平面上所形成的投影。
16.可选地，当该正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，该外环的各个位置的曲率半径与该各个位置的环宽可以负相关。此时，外环中环宽较大的位置的曲率半径较小，外环中环宽较小的位置的曲率半径较大。当该正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，该环形的内环可以具有一种曲率半径，当然，该环形的内环也可以具有多种曲率半径，本技术对此不作限定。
17.在单晶谐振部的振动模态、形状和/或数量改变时，谐振器的频率温度系数(temperature coefficient of frequency，tcf)拐点会发生改变，从而使得谐振器可以支持不同的tcf拐点。
18.(2)压电谐振部。
19.对于压电谐振部，压电谐振部的振动模态为le模态或we模态。压电谐振部的振动模态也可以不是le模态或we模态，比如，压电谐振部的振动模态为呼吸模态、拉梅模态或se模态等。
20.压电谐振部的材质可以包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。压电谐振部包括第一电极、压电层和第二电极，此处可以是这三层中的至少一层的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。比如，第一电极的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。在谐振器的某一部分包括单晶材质或掺杂后的单晶材质时整个谐振器的q较高，因此，在压电谐振部的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质时，压电谐振部的q较高，从而能够进一步提升整体谐振器的q。
21.本技术不对压电谐振部中各个膜层的厚度进行限定，可选地，压电谐振部中第一
电极的厚度、压电层的厚度和第二电极的厚度依次减小。经过仿真计算可知，当第一电极的厚度、压电层的厚度和第二电极的厚度依次减小时，压电谐振部的性能较好，整个谐振部的性能较好。示例地，第一电极的厚度大于或等于压电层的厚度的十倍，第一电极的厚度的范围可以为[10微米，100微米]。
[0022]
需要说明的是，本技术中以压电谐振部包括第一电极、压电层和第二电极为例，可选地，该压电谐振部也可以还包括其他膜层，比如，压电谐振部还包括位于第一电极远离压电层一侧的衬底层。此时，上述耦合部可以与该衬底层或第一电极等连接。
[0023]
(3)耦合部。
[0024]
耦合部需要将压电谐振部和单晶谐振部连接且耦合，为了提升耦合效果，耦合部可以连接压电谐振部的振动最强点，以及连接单晶谐振部的振动最强点。
[0025]
根据前述内容可知，在谐振器的某一部分包括单晶材质或掺杂后的单晶材质时整个谐振器的q较高，因此，本技术中的耦合部的材质也可以包括单晶材质或掺杂后的单晶材质，从而进一步提升谐振器的q。本技术中以耦合部只包括单晶材质或掺杂后的单晶材质为例，可选地，该耦合部的材质也可以包括除单晶材质或掺杂后的单晶材质之外的其他材质，或者该耦合部的材质也可以不包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。
[0026]
对于谐振器的压电谐振部、单晶谐振部和耦合部，第一电极、耦合部和单晶谐振部的材质可以相同，且厚度可以相同。这种情况下，可以在同一材质层上，同时制备得到第一电极、耦合部和单晶谐振部。当然，第一电极、耦合部和单晶谐振部的材质也可以不相同，厚度也可以不相同，本技术对此不做限定。
[0027]
本技术不对压电谐振部、单晶谐振部和耦合部的形状进行限定。示例地，压电谐振部在平行于压电层的参考平面上的第一正投影，以及耦合部在参考平面上的第二正投影均呈条形，单晶谐振部在参考平面上的第三正投影呈环形。并且，该第一正投影的宽度、第三正投影的最大环宽以及第二正投影的宽度依次减小。经过仿真计算可知，在第一正投影的宽度、第三正投影的环宽以及第二正投影的宽度依次减小时，谐振器的性能较好。示例地，第一正投影的宽度大于或等于第三正投影的环宽的两倍。第一正投影的宽度的范围可以为[10微米，300微米]。
[0028]
压电谐振部在上述参考平面上的正投影位于单晶谐振部在参考平面上的正投影外。当然，压电谐振部在上述参考平面上的正投影与单晶谐振部在参考平面上的正投影也可以存在交叠。
[0029]
进一步地，本技术提供的谐振器还包括锚定部(也称锚点)。锚定部与压电谐振部的振动节点(压电谐振部中振幅最小的位置)连接，且与单晶谐振部相间隔；锚定部用于锚定谐振器中除锚定部之外的部分。可见，本技术中在压电谐振部上锚定谐振器中除锚定部之外的部分，当然，也可以是锚定部与单晶谐振部的振动节点(单晶谐振部中振幅最小的位置)连接。相比锚定部与单晶谐振部连接的情况来说，锚定部与压电谐振部连接对谐振器的q的减少量较小，因此，也能够保证谐振器的q较高。另外，在锚定部与压电谐振部的振动节点连接时，或者，在锚定部与单晶谐振部的振动节点连接时，锚定部上的能量损耗较小，锚定部给谐振器带来的能量损耗较小。
[0030]
根据前述内容可知，压电谐振部包括多层结构，且锚定部需要与压电谐振部连接，此时，锚定部可以与压电谐振部中的一层结构(如第一电极)或至少两层结构(如各层结构)
连接。可选地，锚定部可以呈条状，且锚定部在长度方向上的一端与压电谐振部连接。
[0031]
该谐振器可以包括：位于压电谐振部的相对两侧的两组锚定部，每组锚定部包括一个锚定部。可选地，也可以是每组锚定部包括多个锚定部，也可以是谐振器包括位于压电谐振部一侧的一组锚定部，本技术对此不作限定。
[0032]
可选地，压电谐振部和单晶谐振部的第一排布方向，与压电谐振部和锚定部的第二排布方向不同；第一排布方向和第二排布方向均平行于压电层。可选地，第一排布方向也可以不垂直于第二排布方向，本技术对此不作限定。
[0033]
又进一步地，当单晶谐振部的材质为掺杂后的单晶材质时，谐振器还可以包括：单晶谐振部对应的辅助电极，辅助电极与单晶谐振部存在间隙。
[0034]
需要说明的是，如果谐振器包括多个单晶谐振部，那么谐振器可以包括与该多个单晶谐振部一一对应的多个辅助电极，每个辅助电极与对应的单晶谐振部存在间隙，且辅助电极与对应的单晶谐振部的间隙小于该辅助电极与其他单晶谐振部的间隙，该其他单晶谐振部为该多个单晶谐振部中除该辅助电极对应的单晶谐振部之外的任一单晶谐振部。
[0035]
可选地，辅助电极与对应的单晶谐振部的最大间隙小于2微米。单晶谐振部和对应的辅助电极的位置关系可以是任一种位置关系，比如，本技术中以单晶谐振部呈包围对应的辅助电极的环形为例。
[0036]
辅助电极的材质为导电材质，可选地，辅助电极的材质可以与单晶谐振部的材质相同，且辅助电极与单晶谐振部位于同层。这样一来，便可以对同一材质层进行处理，以同时制备得到该辅助电极和单晶谐振部。在本技术中，压电谐振部的第一电极、单晶谐振部、耦合部和辅助电极的材质均相同，因此，可以对同一材质层进行处理，以同时制备得到第一电极、单晶谐振部、耦合部和辅助电极。
[0037]
由于谐振器包括辅助电极因此，可以将辅助电极与控制电路连接，以使控制电路可以通过包括辅助电极在内的第一电极组向谐振器提供驱动信号，以驱动谐振器谐振并产生振动信号。示例地，该第一电极组包括：第一电极、第二电极和辅助电极；或者，该第一电极组包括：第一电极和辅助电极。可选地，该第一电极组也可以不包括辅助电极，比如，该第一电极组包括第一电极和第二电极。
[0038]
在谐振器包括辅助电极时，控制电路还可以利用包括辅助电极在内的第二电极组接收谐振器谐振产生的振动信号。示例地，该第二电极组包括：第一电极、第二电极和辅助电极；或者，该第二电极组包括：第一电极和辅助电极。可选地，该第二电极组也可以不包括辅助电极，比如，该第二电极组包括第一电极和第二电极。
[0039]
上述第一电极组和第二电极组可以相同也可以不同，本技术对此不作限定，其中，在第二电极组包括：第一电极、第二电极和辅助电极时，控制电路用于通过辅助电极、第一电极和第二电极接收谐振器谐振所产生的振动信号。由于控制电路接收振动信号用到的电极较多，因此能够增大接收振动信号的电极面积，增大控制电路接收到的振动信号的电流，减小谐振器的动态阻抗。
[0040]
进一步地，本技术提供的各种谐振器均可以具有对称结构。示例地，谐振器在平行于压电层的参考平面上的正投影可以呈轴对称图形。该轴对称图形具有经过锚定部在该参考平面上的正投影的第一对称轴，和/或，该轴对称图形具有经过单晶谐振部在参考平面上的正投影的第二对称轴。本技术中以该轴对称图形同时具有第一对称轴和第二对称轴为
例。
[0041]
比如，谐振器包括分布在压电谐振部相对两侧的两个锚定部，且锚定部在该参考平面上的正投影呈矩形，该第一对称轴可以经过这两个锚定部在该参考平面上的正投影的中心轴。谐振器包括位于压电谐振部相对两侧的两个单晶谐振部，且单晶谐振部在该参考平面上的正投影呈环形，该第二对称轴可以经过两个单晶谐振部在该参考平面上的正投影的中心。
[0042]
可选地，上述第二对称轴的延伸方向可以与单晶谐振部的晶向存在一定关系。比如，上述第二对称轴的延伸方向为单晶谐振部的[100]晶向；或者，上述第二对称轴的延伸方向为单晶谐振部的[110]晶向；或者，上述第二对称轴的延伸方向介于单晶谐振部的[100]晶向和[110]晶向之间，此时第二对称轴的延伸方向与单晶谐振部的[110]晶向的夹角大于0度且小于45度。
[0043]
可以看出，本技术中第二对称轴的延伸方向可以有多种选择，并且，第二对称轴在采用不同的延伸方向时，谐振器具有不同的tcf拐点，从而使得谐振器可以支持不同的tcf拐点。
[0044]
第二方面，提供了一种谐振系统。该谐振系统包括：本技术提供的任一种谐振器，以及控制电路。控制电路用于向谐振器提供驱动信号，以及接收谐振器谐振所产生的振动信号。
[0045]
示例地，控制电路可以通过连接的第一电极组，向谐振器提供驱动信号，以驱动谐振器谐振并产生振动信号；控制电路还可以通过连接的第二电极组，接收该振动信号。其中，对于第一电极组和第二电极组中的一个电极组：该电极组包括第一电极和第二电极；或者，单晶谐振部的材质为掺杂后的单晶材质，谐振器包括：单晶谐振部对应的辅助电极，该电极组包括：第一电极、第二电极和辅助电极；或者，单晶谐振部的材质为掺杂后的单晶材质，谐振器包括：辅助电极，该电极组包括：第一电极和辅助电极。第一电极组和第二电极组可以相同也可以不同，本技术对此不作限定。
[0046]
本技术提供的谐振系统可以是振荡器(也称时钟发生器)、传感器、通信设备(如无线通信设备)、穿戴设备等任一种包含谐振器和控制电路的系统。
[0047]
第三方面，提供了一种用于该谐振系统中的控制电路的信号获取方法，该方法包括：控制电路通过连接的谐振器中的第一电极组，向所述谐振器提供驱动信号，以驱动所述谐振器谐振并产生振动信号。以及，控制电路通过连接的谐振器中的第二电极组接收振动信号。
[0048]
其中，对于第一电极组和第二电极组中的一个电极组：该电极组包括第一电极和第二电极；或者，单晶谐振部的材质为掺杂后的单晶材质，谐振器包括：单晶谐振部对应的辅助电极，该电极组包括：第一电极、第二电极和辅助电极；或者，单晶谐振部的材质为掺杂后的单晶材质，谐振器包括：辅助电极，该电极组包括：第一电极和辅助电极。第一电极组和第二电极组可以相同也可以不同，本技术对此不作限定。
[0049]
在该第二电极组包括第一电极、第二电极和辅助电极时，控制电路通过这三个电极接收谐振器谐振所产生的振动信号。此时，由于控制电路接收振动信号用到的电极较多，因此能够增大接收振动信号的电极面积，增大控制电路接收到的振动信号的电流，减小谐振器的动态阻抗。
[0050]
第四方面，本技术提供了一种谐振器，该谐振器包括：静电谐振层。该静电谐振层的材质可以为单晶材质、多晶材质、掺杂后的单晶材质或掺杂后的多晶材质等。静电谐振层具有平行于该静电谐振层的多个目标晶向，静电谐振层的不同目标晶向上的杨氏模量不同，该静电谐振层具有各向异性。并且，静电谐振层在平行任一目标晶向的直线上的长度，与该静电谐振层的该任一目标晶向的杨氏模量负相关；该直线经过静电谐振层的中心，且平行于静电谐振层。其中，静电谐振层在某一直线上的长度为：该直线上与该静电谐振层相交的部分的长度。
[0051]
静电谐振层可以呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零；或者，静电谐振层可以呈凸图形，且该凸图形的各个边缘位置的曲率均大于零。
[0052]
本技术提供的谐振器中，静电谐振层在平行任一目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度，与该静电谐振层的该任一目标晶向的杨氏模量负相关。可见，在静电谐振层的某一目标晶向的杨氏模量较大时，本技术将静电谐振层在平行该目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度设置的较小；在静电谐振层的某一目标晶向的杨氏模量较小时，本技术将静电谐振层在平行该目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度设置的较大。由于静电谐振层中位于中心的任一目标晶向上的部分的刚度正相关于：该目标晶向的杨氏模量，以及静电谐振层在平行该目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度；因此，通过本技术中的“负相关”关系，便可以使得静电谐振层中位于中心的各个目标晶向上的部分的刚度较为均一。静电谐振层在振动时，静电谐振层中心的各个目标晶向上的部分的振动幅度较为均一，这些部分产生的热量较为均一，从而降低了热量梯度，减少了热弹性损耗。
[0053]
可选地，静电谐振层在平行于任一目标晶向的直线上的长度c
θ
′
与c
θ
相关。比如，c
θ
′
与c
θ
之差的绝对值小于或等于0.05*k*c0(比如c
θ
′
与c
θ
之差为零)。其中，θ表示该任一目标晶向与参考方向的夹角；e0表示静电谐振层的平行于参考方向的目标晶向上的杨氏模量；e
θ
表示静电谐振层的该任一目标晶向的杨氏模量；c0表示静电谐振层在平行于参考方向的直线上的长度；k为大于零的常数。根据公式可知，c
θ
和e
θ
负相关，c
θ
′
与c
θ
较为接近，因此，c
θ
′
与e
θ
也负相关。可以理解的是，c
θ
也可以采用与公式不同的公式计算。比如，a为系数。
[0054]
上述实施例中的e0可以小于e
θ
。换句话说，e0为静电谐振层的各个目标晶向的杨氏模量中的最小值。平行于参考方向的目标晶向可以是[100]晶向或者其他目标晶向。可以理解的是，e0也可以不是静电谐振层的各个目标晶向的杨氏模量中的最小值，本技术实施例对此不作限定。
[0055]
进一步地，上述公式中的k为大于零的常数。k的取值与静电谐振层的热弹性损耗息息相关，k取合适的值能够进一步降低热弹性损耗。
[0056]
示例地，在静电谐振层呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零
时，0.3≤k≤0.8，比如，k＝0.55。在静电谐振层呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零时，若k＝0.55，则静电谐振层中各个位置的位移较为均一，热弹性损耗最低。
[0057]
又示例地，在静电谐振层呈凸图形，且该凸图形外边缘的各个位置的曲率均大于零时，3≤k≤5，比如k＝4。当k＝4时，静电谐振层的热弹性损耗最低。
[0058]
进一步地，谐振器包括：与静电谐振层位于同层的辅助电极；该静电谐振层的振动可以由该辅助电极驱动，并且，该辅助电极也可以检测该静电谐振层振动所产生的振动信号。该辅助电极与静电谐振层相间隔，且所述辅助电极和所述静电谐振层在所述静电谐振层的不同目标晶向上的间距相同。其中，在静电谐振层的一个目标晶向上，辅助电极与静电谐振层的间距为：经过静电谐振层的中心且平行于该目标晶向的直线中，位于辅助电极与静电谐振层之间的部分的长度。
[0059]
可以看出，本技术中的辅助电极与静电谐振层形状匹配，以使得辅助电极与静电谐振层在各个位置的间距保持在固定值。这样一来，在通过辅助电极驱动静电谐振层时，辅助电极向静电谐振层中各个位置施加的电场的强度较为一致，从而能够进一步促使静电谐振层中的各个位置的振动情况较为一致，进一步减少了热弹性损耗。
[0060]
进一步地，无论谐振器是否包括上述辅助电极，谐振器均还可以包括压电谐振的部分。
[0061]
示例地，谐振器还包括：第三电极、压电振子和第四电极；第三电极、压电振子、第四电极和静电谐振层依次叠加。这种情况下，第三电极和第四电极可以用于驱动压电振子振动，并且，在压电振子振动时，能够带动静电谐振层振动。又示例地，静电谐振层导电，静电谐振层可以复用为第四电极，谐振器还包括：第三电极和压电振子；第三电极、压电振子和静电谐振层依次叠加。这种情况下，第三电极和静电谐振层可以用于驱动压电振子振动，并且，在压电振子振动时，能够带动静电谐振层振动。
[0062]
上述第一方面提供了具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器，第四方面提供了具有“负相关”特性的谐振器。该具有“负相关”特性的谐振器的特征也可以应用在具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器中。
[0063]
比如，在具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器中，单晶谐振部的不同目标晶向上的杨氏模量不同；单晶谐振部呈层状，上述目标晶向平行于单晶谐振部。单晶谐振部在平行任一目标晶向的直线上的长度，与该单晶谐振部的该任一目标晶向的杨氏模量负相关，该直线经过单晶谐振部的中心。
[0064]
可选地，c
θ
′
与c
θ
之差的绝对值小于或等于0.05*k*c0，c
θ
′
表示单晶谐振部在平行于任一目标晶向的直线上的长度；θ表示该任一目标晶向与参考方向的夹角；e0表示单晶谐振部的平行于参考方向的目标晶向上的杨氏模量；e
θ
表示单晶谐振部的该任一目标晶向的杨氏模量；c0表示单晶谐振部在平行于参考方向的直线上的长度；k为大于零的常数。
[0065]
可选地，e0小于e
θ
。
[0066]
可选地，单晶谐振部呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零；0.3≤k≤0.8。比如，k＝0.55。
[0067]
可选地，单晶谐振部呈凸图形，且凸图形外边缘的各个位置的曲率均大于零；3≤k
≤5。比如，k＝4。
[0068]
可选地，谐振器还包括：单晶谐振部对应的辅助电极，辅助电极与单晶谐振部位于同层且存在间隙。谐振器包括辅助电极时，所述辅助电极和所述静电谐振层在所述静电谐振层的不同目标晶向上的间距相同。
[0069]
可选地，该谐振器也可以包括除该压电谐振部之外的压电谐振的部分。示例地，该压电谐振的部分可以包括：第三电极、压电振子和第四电极；第三电极、压电振子、第四电极和单晶谐振部依次叠加。这种情况下，第三电极和第四电极可以用于驱动压电振子振动，并且，在压电振子振动时，能够带动单晶谐振部振动。又示例地，单晶谐振部导电，单晶谐振部可以复用为上述第四电极，这种情况下，谐振器还包括：第三电极和压电振子；第三电极、压电振子和单晶谐振部依次叠加。这种情况下，第三电极和单晶谐振部可以用于驱动压电振子振动，并且，在压电振子振动时，能够带动单晶谐振部振动。
[0070]
上述第一方面提供的谐振器也可以具有上述第四方面提供的谐振器的至少部分特性。上述第二方面提供的谐振系统中的谐振器可以是第一方面提供的具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器，也可以是上述第四方面提供的具有“负相关”特性的谐振器。谐振系统中的控制电路用于：通过谐振器中的电极向谐振器提供驱动信号，以驱动谐振器谐振并产生振动信号，以及通过谐振器中的电极接收振动信号。该谐振系统可以是振荡器或传感器等。
[0071]
上述第三方面提供的用于该谐振系统中的控制电路的信号获取方法中的第一电极组和第二电极组，均可以根据相应的谐振器选取合适的电极。
[0072]
上述第二方面和第三方面的效果可以参考第一方面中相应特征的效果，本技术在此不做赘述。
附图说明
[0073]
图1为本技术实施例提供的振荡器的相位噪声频谱；
[0074]
图2为本技术实施例提供的振荡器中谐振器的tcf曲线图；
[0075]
图3为本技术实施例提供的一种压电谐振器的结构示意图；
[0076]
图4为本技术实施例提供的一种谐振器的俯视图；
[0077]
图5为图4中截面aa的示意图；
[0078]
图6为本技术实施例提供的另一种谐振器的俯视图；
[0079]
图7为本技术实施例提供的另一种谐振器的俯视图；
[0080]
图8为本技术实施例提供的另一种谐振器的俯视图；
[0081]
图9为本技术实施例提供的另一种谐振器的俯视图；
[0082]
图10为本技术实施例提供的另一种谐振器的俯视图；
[0083]
图11为本技术实施例提供的另一种谐振器的俯视图；
[0084]
图12为图11中截面bb的示意图；
[0085]
图13为本技术实施例提供的一种图4所示的谐振器的正投影的示意图；
[0086]
图14为本技术实施例提供的一种第二对称轴与单晶谐振部的晶向关系示意图；
[0087]
图15为本技术实施例提供的另一种第二对称轴与单晶谐振部的晶向关系示意图；
[0088]
图16为本技术实施例提供的另一种第二对称轴与单晶谐振部的晶向关系示意图；
[0089]
图17为本技术实施例提供的一种谐振器的tcf曲线图；
[0090]
图18为本技术实施例提供的另一种谐振器的tcf曲线图；
[0091]
图19为本技术实施例提供的另一种谐振器的tcf曲线图；
[0092]
图20为本技术实施例提供的谐振器的动态阻抗曲线和相位曲线的示意图；
[0093]
图21为本技术实施例提供的一种谐振器的截面示意图；
[0094]
图22为本技术实施例提供的一种谐振器的制造过程示意图；
[0095]
图23为本技术实施例提供的另一种谐振器的截面示意图；
[0096]
图24为本技术实施例提供的另一种谐振器的制造过程示意图；
[0097]
图25为本技术实施例提供的一种谐振系统的示意图；
[0098]
图26为本技术实施例提供的另一种谐振系统的示意图；
[0099]
图27为本技术实施例提供的一种振荡器的示意图；
[0100]
图28为本技术实施例提供的一种信号获取方法的流程图；
[0101]
图29为本技术实施例提供的一种静电谐振层的一些目标晶向的杨氏模量的示意图；
[0102]
图30为本技术实施例提供的一种静电谐振层的结构示意图；
[0103]
图31为本技术实施例提供的另一种静电谐振层的结构示意图；
[0104]
图32为本技术实施例提供的一种k与q
ted
的关系曲线示意图；
[0105]
图33为本技术实施例提供的一种静电谐振层的一阶呼吸模态的示意图；
[0106]
图34为本技术实施例提供的一种静电谐振层的二阶呼吸模态的示意图；
[0107]
图35为本技术实施例提供的一种静电谐振层与辅助电极的位置关系的示意图；
[0108]
图36为本技术实施例提供的另一种静电谐振层与辅助电极的位置关系的示意图；
[0109]
图37为本技术实施例提供的另一种谐振器的截面示意图；
[0110]
图38为本技术实施例提供的另一种谐振器的截面示意图；
[0111]
图39为本技术实施例提供的一种包括耦合部、压电谐振部和单晶谐振部的谐振器的结构示意图。
具体实施方式
[0112]
为使本技术的原理和技术方案更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
[0113]
本技术实施例提供了一种谐振器。谐振器可以应用于诸如振荡器(也称时钟发生器)、传感器、通信设备(如无线通信设备)、穿戴设备等谐振系统中。
[0114]
谐振器是一种基于机械谐振效应的部件，谐振器能够在驱动信号的作用下谐振，以产生振动信号(也称频率信号)。谐振器主要的性能参数包括：谐振频率、q、动态阻抗以及tcf等。
[0115]
q是谐振器最主要的性能参数，q值的高低对谐振器的性能影响较大。
[0116]
比如，当谐振器应用于传感器中时，高的q值能够提高传感器的分辨率和灵敏度。
[0117]
又比如，当谐振器应用于振荡器中时，谐振器产生的振动信号被作为振荡器的频率基准，此时，高的q值可以降低谐振器的动态阻抗，减小振荡器的相位噪声(提升信噪比)以及提高振荡器的频率稳定性。
[0118]
示例地，图1为本技术实施例提供的振荡器的相位噪声频谱，图1的横轴表示偏频(offset frequency)，也称频偏，指的是与中心频率的偏差，纵轴表示振荡器的相位噪声。如图1所示，当谐振器的q值增高和/或动态阻抗rm降低时，相位噪声频谱会由图1中的实线变为虚线。可以看出，谐振器高的q值和/或低的动态阻抗rm可以降低振荡器的近载波相位噪声，低的动态阻抗rm可以降低振荡器的远载波相位噪声，因此，具有高的q值和低的动态阻抗的谐振器是实现高性能振荡器的基础。
[0119]
图2为本技术实施例提供的振荡器中谐振器的tcf曲线图，图2的横轴表示谐振器所处环境的温度，纵轴表示谐振器的频率漂移量
△
f(是指谐振器输出的信号的频率相对参考频率的偏移量)。并且，图2还示出了振荡器的tcf拐点。当振荡器中的谐振器工作在tcf拐点的温度附近时，谐振器的频率漂移较稳定，振荡器的频率漂移也较稳定，因此，tcf拐点决定了谐振器能够稳定工作的温度范围。当谐振器应用于振荡器中时，为了较容易实现谐振器工作在tcf拐点的温度附近，可以设计使谐振器的tcf拐点具有较高的温度，并通过加热器将谐振器所处环境的温度稳定在tcf拐点的温度附近，从而实现高稳定性的振荡器。
[0120]
进一步地，谐振器的种类多种多样，其中，压电谐振器是一种较为常见的谐振器。如图3所示，压电谐振器包括：依次叠加的第一电极01、压电层02和第二电极03。当第一电极01和第二电极03上加载有驱动信号时，压电谐振器能够在该驱动信号的作用下发生谐振，从而产生振动信号。但是，压电谐振器(如微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)压电谐振器)的q较低，并且，在高q值谐振器应用中，压电谐振器的性能与压电谐振器的q正相关，因此，压电谐振器的性能较差。
[0121]
通常，谐振器的q满足以下公式：
[0122][0123]
可以看出，谐振器的q与谐振器的五种能量损耗对应的q均相关，这五种能量损耗对应的q分别为：空气阻尼损耗对应的q(q
air
)、热弹性损耗对应的q(q
ted
)、材料损耗对应的q(q
material
)、锚点损耗对应的q(q
anchor
)和电学负载损耗对应的q(q
load
)。其中，热弹性损耗对应的q是制约压电谐振器的q值的主要因素。
[0124]
热弹性损耗是由谐振器振动过程中产生的热梯度引起的。在谐振器振动过程中，谐振器内部必然会产生应变场，通常谐振器各部分所受的应力不均匀，这种应力不均匀形成应变梯度，从而产生热梯度。热梯度导致谐振器在振动过程中产生不可逆的热量流动，从而引起机械能量损耗。
[0125]
目前，可以通过在静电谐振器上刻蚀孔槽来隔离应力不均匀产生的热端和冷端的传热，从而减小热量流动，降低谐振器的热弹性损耗。然而由于压电谐振器是层叠结构，压电谐振器的应力梯度产生的热梯度是垂直分布的(如热梯度的方向为图3中各个膜层的叠加方向)，在垂直热梯度的方向(如图3中的左右方向)加工孔槽难度非常大。此外，即便能够在压电谐振器中加工该孔槽，但由于孔槽内是空气或者真空，导致压电层产生的振动无法有效传播至电极，这会降低压电谐振器的机电转换效率，进一步增大压电谐振器的动态阻抗，劣化压电谐振器的性能。
[0126]
基于以上问题，本技术实施例提供的一种压电谐振器，该压电谐振器的q较高，且该压电谐振器的动态阻抗也较小，并且，该压电谐振器的tcf拐点可以根据需要进行设计。
[0127]
示例地，图4为本技术实施例提供的一种谐振器的俯视图，图5为图4中截面aa的示意图。请结合图4和图5，该谐振器包括：压电谐振部401、单晶谐振部402和耦合部403。
[0128]
压电谐振部401包括：依次叠加的第一电极4011、压电层4012和第二电极4013。当第一电极4011和第二电极4013之间加载驱动信号时，压电谐振部401能够在该驱动信号的作用下发生谐振。压电层4012的材料可以包括但不限于氮化铝(aln)、氮化钪铝(alscn)、锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)等。
[0129]
单晶谐振部402的材质为单晶材质或掺杂后的单晶材质，如该单晶材质可以是单晶硅，掺杂后的单晶材质可以是掺杂浓度大于或等于10的19次方的单晶硅。可见，该单晶谐振部402是由单晶材质或掺杂后的单晶材质这一种材质制成的部件。通常仅包括单晶材质或掺杂后的单晶材质的谐振部由于没有多层材料之间材料系数不匹配产生的热弹性损耗等问题，因此单晶谐振部402的能量损耗较低。
[0130]
压电谐振部401与单晶谐振部402能够谐振，且压电谐振部401与单晶谐振部402通过耦合部403连接并耦合。由于压电谐振部401和单晶谐振部402能够通过耦合部403耦合，因此，单晶谐振部402位于压电谐振部401的振动方向上。
[0131]
当压电谐振部401能够在该驱动信号的作用下发生谐振时，压电谐振部401能够通过耦合部403带动单晶谐振部402谐振，从而实现整个谐振器谐振。并且，虽然压电谐振部401的q(称为q1)较低，但由于单晶谐振部402的q(称为q2)较高，且整个谐振器的q(称为qc)满足公式(其中c1和c2表示两个大于零的常数)，因此，整个谐振器的qc大于压电谐振部401的q1，从而能够提升谐振器的q。
[0132]
综上所述，本技术实施例提供的谐振器中，单晶谐振部的材质为单晶材质或掺杂后的单晶材质，并不包含其他材质，因此，单晶谐振部的q较高。将压电谐振部与单晶谐振部耦合，能够使得包含这两者的谐振器的q高于压电谐振部的q。从而能够提升谐振器的q，减小谐振器的能量损耗，提升谐振器的性能。
[0133]
另外，压电谐振部包括电极，单晶谐振部不包括电极，且压电谐振部与单晶谐振部通过耦合部耦合。这样一来，便可以将压电谐振部的电极与控制电路连接，并使控制电路从压电谐振部的电极上输入驱动信号，驱动谐振器谐振。并且，由于压电谐振部的机电转换效率较高，在压电谐振部上加载驱动信号相比在单晶谐振部上加载驱动信号，能够减小谐振器的动态阻抗。
[0134]
请继续结合图4和图5，该谐振器可以包括：两个单晶谐振部402，以及与两个单晶谐振部402一一对应的两个耦合部403；这两个单晶谐振部402位于压电谐振部401的相对两侧，压电谐振部401与单晶谐振部402通过该单晶谐振部402对应的耦合部403连接并耦合。在这种情况下，两个单晶谐振部402和两个耦合部403均相对分布在压电谐振部401的两侧，从而使得整个谐振器具有较为对称的结构，便于谐振器的谐振。
[0135]
需要说明的是，本技术实施例以谐振器包括两个单晶谐振部402和两个耦合部403为例，当然，该谐振器也可以仅包括一个单晶谐振部402和一个耦合部403，或者，该谐振器也可以包括多于两个的单晶谐振部402以及多于两个的耦合部403，本技术实施例对此不作限定。
[0136]
以下将分别对谐振器中的各个部分进行说明。
[0137]
(1)单晶谐振部402。
[0138]
对于单晶谐振部402，本技术实施例不限定单晶谐振部402的振动模态。示例地，单晶谐振部402的振动模态多种多样，比如，单晶谐振部402的振动模态为呼吸模态、拉梅模态、se模态、le模态或we模态等。
[0139]
单晶谐振部402的形状可以多种多样。示例地，单晶谐振部402在平行于图5中压电谐振部401的压电层4012的参考平面c上的正投影可以呈外环具有一种曲率半径且内环具有一种曲率半径的环形(如图4所示的规则圆环)、圆形(如图6所示)、椭圆形(如图7所示)、外环具有多种曲率半径的环形(如图8所示)、矩形(如图9和10所示的正方形)。物体在参考平面上的正投影是指：从物体远离参考平面的一侧向参考平面照射垂直于参考平面的光时，在该参考平面上所形成的投影。
[0140]
当该正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，该多种曲率半径可以包括两种曲率半径，且外环中具有这两种曲率半径的位置可以交替排布；比如，该多种曲率半径可以包括两种曲率半径，且该环形包括：四个第一环段和四个第二环段，第一环段中属于外环的部分具有一种曲率半径，第二环段中属于外环的部分具有另一种曲率半径，且第一环段和第二环段交替排布。
[0141]
可选地，当该正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，该外环的各个位置的曲率半径与该各个位置的环宽可以负相关。此时，外环中环宽较大的位置的曲率半径较小，外环中环宽较小的位置的曲率半径较大。如图8所示，位置1处的环宽大于位置2处的环宽，但位置1处的曲率半径小于位置2处的曲率半径。需要说明的是，外环中位于位置2处的部分可以是直线也可以是曲线，当该部分为直线时，可以认为位置2处的曲率半径为无穷大(∞)；当单晶谐振部402在平行于参考平面c上的正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，该环形的形状也可以不如图8所示，本技术实施例对此不作限定。可以理解的是，当该正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，该外环的各个位置的曲率半径与该各个位置的环宽也可以不是负相关，本技术实施例对此也不做限定。
[0142]
可选地，当该正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，该环形的内环可以具有一种曲率半径(呈圆形，如图8所示)，当然，该环形的内环也可以具有多种曲率半径，本技术实施例对此不作限定。
[0143]
进一步地，当该正投影呈椭圆形时，可以是该椭圆形的边沿上曲率半径较大(如最大)的点在单晶谐振部402上对应的位置与耦合部403连接(如图7所示)。当该正投影呈外环具有多种曲率半径的环形时，可以是该外环中曲率半径较大的点在单晶谐振部402上对应的位置与耦合部403连接(如图8所示)。当该正投影呈正方形时，可以是该正方形的一条边上的某一位置(如这条边的中点)在单晶谐振部402上对应的位置与耦合部403连接(如图9所示)，也可以是该正方形的一个顶角在单晶谐振部402上对应的位置与耦合部403连接(如图10所示)。
[0144]
在同一振动模态下，单晶谐振部402的形状可以多种多样。比如，当单晶谐振部402的振动模态为呼吸模态时，该单晶谐振部402的形状可以是环形(如图4所示的圆环)、圆形(如图6所示)、椭圆形(如图7所示)、不规则圆形、不规则椭圆形或不规则环形(如图8所示)等。又比如，当单晶谐振部402的振动模态为拉梅模态或者se模态时，该单晶谐振部402的形状可以是正方形。
[0145]
在单晶谐振部402的振动模态、形状和/或数量改变时，谐振器的tcf拐点会发生改变，从而使得谐振器可以支持不同的tcf拐点。
[0146]
另外，单晶谐振部402与耦合部403连接，单晶谐振部402中与耦合部403未连接的位置均可以未与任何物体连接。
[0147]
(2)压电谐振部401。
[0148]
对于压电谐振部401，压电谐振部401的振动模态为le模态或we模态。压电谐振部401的振动模态也可以不是le模态或we模态，比如，压电谐振部401的振动模态为呼吸模态、拉梅模态或se模态等。
[0149]
压电谐振部401的材质可以包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。请继续参考图5，压电谐振部401包括第一电极4011、压电层4012和第二电极4013，此处可以是这三层中的至少一层的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。比如，图5中以第一电极4011的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质为例。在谐振器的某一部分包括单晶材质或掺杂后的单晶材质时整个谐振器的q较高，因此，在压电谐振部401的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质时，压电谐振部401的q较高，从而能够进一步提升整体谐振器的q。
[0150]
本技术实施例不对压电谐振部401中各个膜层的厚度进行限定，可选地，如图5所示，压电谐振部401中第一电极4011的厚度h1、压电层4012的厚度h2和第二电极4013的厚度h3依次减小。经过仿真计算可知，当第一电极4011的厚度h1、压电层4012的厚度h2和第二电极4013的厚度h3依次减小时，压电谐振部401的性能较好，整个谐振部的性能较好。示例地，第一电极4011的厚度h1大于或等于压电层4012的厚度h2的十倍(图5中并未示出这种情况)，第一电极4011的厚度h1的范围可以为[10微米，100微米]。
[0151]
需要说明的是，本技术实施例中以压电谐振部401包括第一电极4011、压电层4012和第二电极4013为例，可选地，该压电谐振部401也可以还包括其他膜层，比如，压电谐振部401还包括位于第一电极4011远离压电层4012一侧的衬底层(附图中未示出)。此时，上述耦合部403可以与该衬底层或第一电极4011等连接。
[0152]
(3)耦合部403。
[0153]
耦合部403需要将压电谐振部401和单晶谐振部402连接且耦合，为了提升耦合效果，耦合部403可以连接压电谐振部401的振动最强点，以及连接单晶谐振部402的振动最强点。比如，在压电谐振部401的振动模态为le模态时，压电谐振部401在参考平面上的正投影呈长方形，耦合部403可以与该长方形较短的一边连接。在单晶谐振部402呈规则的圆环形状时，该耦合部403可以与该圆环外侧的任一位置连接。
[0154]
根据前述内容可知，在谐振器的某一部分包括单晶材质或掺杂后的单晶材质时整个谐振器的q较高，因此，本技术实施例中的耦合部403的材质也可以包括单晶材质或掺杂后的单晶材质，从而进一步提升谐振器的q。本技术实施例中以耦合部403只包括单晶材质或掺杂后的单晶材质为例，可选地，该耦合部403的材质也可以包括除单晶材质或掺杂后的单晶材质之外的其他材质，或者该耦合部403的材质也可以不包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。
[0155]
对于谐振器的压电谐振部401、单晶谐振部402和耦合部403，第一电极4011、耦合部403和单晶谐振部402的材质可以相同，且厚度可以相同(如图5所示)。这种情况下，可以在同一材质层上，同时制备得到第一电极4011、耦合部403和单晶谐振部402。当然，第一电
极4011、耦合部403和单晶谐振部402的材质也可以不相同，厚度也可以不相同，本技术实施例对此不做限定。
[0156]
本技术实施例不对压电谐振部401、单晶谐振部402和耦合部403的形状进行限定。示例地，请结合图4和图5，压电谐振部401在平行于压电层4012的参考平面c上的第一正投影，以及耦合部403在参考平面c上的第二正投影均呈条形，单晶谐振部402在参考平面c上的第三正投影呈环形。并且，该第一正投影的宽度w1、第三正投影的最大环宽w2以及第二正投影的宽度w3依次减小。经过仿真计算可知，在第一正投影的宽度w1、第三正投影的环宽w2以及第二正投影的宽度w3依次减小时，谐振器的性能较好。示例地，第一正投影的宽度w1大于或等于第三正投影的环宽w3的两倍(图5中未示出这种情况)。第一正投影的宽度的范围可以为[10微米，300微米]。
[0157]
压电谐振部401在上述参考平面c上的正投影位于单晶谐振部402在参考平面c上的正投影外。当然，压电谐振部401在上述参考平面c上的正投影与单晶谐振部402在参考平面c上的正投影也可以存在交叠，比如，压电层4012和第二电极4013延伸至单晶谐振部402。
[0158]
进一步地，请继续参考图4和图5，本技术实施例提供的谐振器还包括锚定部404(也称锚点)。锚定部404与压电谐振部401的振动节点(压电谐振部401中振幅最小的位置)连接，且与单晶谐振部402相间隔；锚定部404用于锚定谐振器中除锚定部404之外的部分。可见，本技术实施例中在压电谐振部401上锚定谐振器中除锚定部404之外的部分，当然，也可以是锚定部404与单晶谐振部402的振动节点(单晶谐振部402中振幅最小的位置)连接。相比锚定部404与单晶谐振部402连接的情况来说，锚定部404与压电谐振部401连接对谐振器的q的减少量较小，因此，也能够保证谐振器的q较高。另外，在锚定部404与压电谐振部401的振动节点连接时，或者，在锚定部404与单晶谐振部402的振动节点连接时，锚定部404上的能量损耗较小，锚定部404给谐振器带来的能量损耗较小。
[0159]
根据前述内容可知，压电谐振部401包括多层结构，且锚定部404需要与压电谐振部401连接，此时，锚定部404可以与压电谐振部401中的一层结构(图4和图5中以第一电极4011为例)或至少两层结构(如各层结构)连接。可选地，锚定部404可以呈条状(此时锚定部401可以称为支撑梁)，且锚定部404在长度方向上的一端与压电谐振部401连接。
[0160]
请继续参考图4和图5，该谐振器可以包括：位于压电谐振部401的相对两侧的两组锚定部404，每组锚定部404包括一个锚定部404。可选地，也可以是每组锚定部404包括多个锚定部404，也可以是谐振器包括位于压电谐振部401一侧的一组锚定部404，本技术实施例对此不作限定。
[0161]
可选地，如图4所示，压电谐振部401和单晶谐振部402的第一排布方向p1，与压电谐振部402和锚定部404的第二排布方向p2不同；第一排布方向p1和第二排布方向p2均平行于压电层4012。如图4中压电层4012平行于纸面，第一排布方向p1为平行于纸面的左右方向，第二排布方向p2为平行于纸面的上下方向。本技术实施例中以第一排布方向p1垂直于第二排布方向p2为例，可选地，第一排布方向p1也可以不垂直于第二排布方向p2，本技术实施例对此不作限定。
[0162]
又进一步地，图11为本技术实施例提供的另一种谐振器的俯视图，图12为图11中截面bb的示意图。请结合图11和图12，在图4和图5的基础上，谐振器还可以包括：单晶谐振部402对应的辅助电极405，辅助电极405与单晶谐振部402存在间隙。这种情况下，单晶谐振
部的材质可以是任一材质，比如单晶材质、掺杂后的单晶材质、多晶材质或掺杂后的多晶材质。
[0163]
需要说明的是，如果谐振器包括多个单晶谐振部402，那么谐振器可以包括与该多个单晶谐振部402一一对应的多个辅助电极405，每个辅助电极405与对应的单晶谐振部402存在间隙，且辅助电极405与对应的单晶谐振部402的间隙小于该辅助电极405与其他单晶谐振部402的间隙，该其他单晶谐振部402为该多个单晶谐振部402中除该辅助电极405对应的单晶谐振部402之外的任一单晶谐振部402。
[0164]
可选地，辅助电极405与对应的单晶谐振部402的最大间隙小于2微米。单晶谐振部402和对应的辅助电极405的位置关系可以是任一种位置关系，比如，本技术实施例中以单晶谐振部402呈包围对应的辅助电极405的环形为例。
[0165]
辅助电极405的材质为导电材质，可选地，辅助电极405的材质可以与单晶谐振部402的材质相同，且辅助电极405与单晶谐振部402位于同层。这样一来，便可以对同一材质层进行处理，以同时制备得到该辅助电极405和单晶谐振部402。在本技术实施例中，压电谐振部401的第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403和辅助电极405的材质均相同，因此，可以对同一材质层进行处理，以同时制备得到第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403和辅助电极405。
[0166]
需要说明的是，本技术实施例以图4和图5所示的谐振器还包括辅助电极为例，可选地，本技术实施例提供的其他谐振器(如图6、图7等所示的谐振器)也可以包括辅助电极。
[0167]
由于谐振器包括辅助电极405，因此，可以将辅助电极405与控制电路(图11和图12中未示出)连接，以使控制电路可以通过包括辅助电极405在内的第一电极组向谐振器提供驱动信号，以驱动谐振器谐振并产生振动信号。示例地，该第一电极组包括：第一电极4011、第二电极4013和辅助电极405；或者，该第一电极组包括：第一电极4011和辅助电极405。可选地，该第一电极组也可以不包括辅助电极405，比如，该第一电极组包括第一电极4011和第二电极4013。示例地，在谐振器不包括辅助电极405时，控制电路可以通过第一电极4011和第二电极4013向谐振器提供驱动信号，以及接收该振动信号。
[0168]
在谐振器包括辅助电极405时，控制电路还可以利用包括辅助电极405在内的第二电极组接收谐振器谐振产生的振动信号。示例地，该第二电极组包括：第一电极4011、第二电极4013和辅助电极405；或者，该第二电极组包括：第一电极4011和辅助电极405。可选地，该第二电极组也可以不包括辅助电极405，比如，该第二电极组包括第一电极4011和第二电极4013。示例地，在谐振器不包括辅助电极405时，控制电路可以通过第一电极4011和第二电极4013接收谐振器产生的该振动信号。
[0169]
上述第一电极组和第二电极组可以相同也可以不同，本技术实施例对此不作限定，其中，在第二电极组包括：第一电极4011、第二电极4013和辅助电极405时，控制电路用于通过辅助电极405、第一电极4011和第二电极4013接收谐振器谐振所产生的振动信号。由于控制电路接收振动信号用到的电极较多，因此能够增大接收振动信号的电极面积，增大控制电路接收到的振动信号的电流，减小谐振器的动态阻抗。
[0170]
进一步地，本技术实施例提供的各种谐振器均可以具有对称结构。示例地，图4所示的谐振器在平行于图5中压电层4012的参考平面c上的正投影可以如图13所示，该正投影呈轴对称图形。该轴对称图形具有经过锚定部404在该参考平面c上的正投影的第一对称轴
l1，和/或，该轴对称图形具有经过单晶谐振部402在参考平面c上的正投影的第二对称轴l2。本技术实施例中以该轴对称图形同时具有第一对称轴l1和第二对称轴l2为例。
[0171]
比如，谐振器包括分布在压电谐振部401相对两侧的两个锚定部404，且锚定部404在该参考平面c上的正投影呈矩形，该第一对称轴l1可以经过这两个锚定部404在该参考平面c上的正投影的中心轴。谐振器包括位于压电谐振部401相对两侧的两个单晶谐振部402，且单晶谐振部402在该参考平面c上的正投影呈环形，该第二对称轴l2可以经过两个单晶谐振部402在该参考平面c上的正投影的中心。
[0172]
可选地，上述第二对称轴l2的延伸方向可以与单晶谐振部402的晶向存在一定关系。比如，如图14所示，上述第二对称轴l2的延伸方向为单晶谐振部402的[100]晶向；或者，如图15所示，上述第二对称轴l2的延伸方向为单晶谐振部402的[110]晶向；或者，如图16所示，上述第二对称轴l2的延伸方向介于单晶谐振部402的[100]晶向和[110]晶向之间，此时第二对称轴l2的延伸方向与单晶谐振部402的[110]晶向的夹角大于0度且小于45度。
[0173]
可以看出，本技术实施例中第二对称轴l2的延伸方向可以有多种选择，并且，第二对称轴l2在采用不同的延伸方向时，谐振器具有不同的tcf拐点，从而使得谐振器可以支持不同的tcf拐点。示例地，当如图14所示的第二对称轴l2的延伸方向为单晶谐振部402的[100]晶向时，该谐振器的tcf曲线图如图17所示，该谐振器的tcf拐点的温度约为60摄氏度。当如图15所示的第二对称轴l2的延伸方向为单晶谐振部402的[110]晶向时，该谐振器的tcf曲线图如图18所示，该谐振器的tcf拐点的温度小于-40摄氏度(图18中未示出该tcf拐点)。当如图16所示的第二对称轴l2的延伸方向介于单晶谐振部402的[100]晶向和[110]晶向之间，且第二对称轴l2的延伸方向与[110]晶向成22.5度的夹角时，该谐振器的tcf曲线图如图19所示，该谐振器的tcf拐点的温度约为0摄氏度。
[0174]
本技术实施例提供的谐振器可以采用mems技术制造得到，因此，该谐振器也可以称为mems谐振器。当然，该谐振器也可以不采用mems技术制造得到，本技术实施例对此不作限定。
[0175]
可选地，在本技术实施例提供的谐振器包括锚定部404时，该锚定部404可以固定在基底(附图中未示出)上，并且，谐振器中除锚定部404之外的部分均与该基底存在间隙，以支持谐振器谐振。
[0176]
示例地，如图21所示，在图5的基础上，谐振器还包括基底406，该基底406具有凹槽4061，谐振器中除基底406之外的部分均位于凹槽4061的开口处，谐振器中的锚定部(图21中未示出)与衬底406中凹槽4061的开口外侧的位置连接(如键合连接)，谐振器中除锚定部之外的部分与基底406均不接触。在制造图21所示的谐振器时，可以首先制造如图22所示的具有凹槽4061的基底406，以及在该基底406上覆盖目标材质层，并将目标材质层与基底406键合，此时，目标材质层与凹槽4061的侧面和底面均不接触。之后，再对该目标材质层进行处理，得到图21中的第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403和锚定部。之后，再依次形成上述压电层4012和第二电极4013。需要说明的是，此处以第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403和锚定部位于同层，且材质相同为例，如果第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403和锚定部并不是位于同层，和/或材质不相同，则可以采用其他的方式制造该谐振器，本技术实施例在此不做赘述。
[0177]
进一步地，在本技术实施例提供的谐振器包括辅助电极405时，辅助电极405可以
固定在某一位置，并且，辅助电极405与对应的单晶谐振部402存在间隙。比如，辅助电极405也可以固定在锚定部404所在的基底上。
[0178]
示例地，如图23所示，在图21的基础上，凹槽4061的底面具有与辅助电极405对应的凸起4062。谐振器中的辅助电极405与对应的凸起4062相连接(如键合连接)。在制造该谐振器时，可以首先制造如图23所示的具有凹槽4061和凸起4062的基底406，以及在该基底406上覆盖目标材质层，并将目标材质层与基底406键合，此时，在图22的基础上，目标材质层与凸起4062接触。之后，再对该目标材质层进行处理，得到图23中的第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403、锚定部和辅助电极405。之后，再依次形成上述压电层4012和第二电极4013。需要说明的是，此处以第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403、锚定部和辅助电极405位于同层，且材质相同为例，如果第一电极4011、单晶谐振部402、耦合部403、锚定部和辅助电极405并不是位于同层，和/或材质不相同，则可以采用其他的方式制造该谐振器，本技术实施例在此不做赘述。
[0179]
综上所述，本技术实施例提供的谐振器中，单晶谐振部的材质为单晶材质或掺杂后的单晶材质，并不包含其他材质，因此，单晶谐振部的q较高。将压电谐振部与单晶谐振部耦合，能够使得包含这两者的谐振器的q高于压电谐振部的q。从而能够提升谐振器的q，减小谐振器的能量损耗，提升谐振器的性能。经过仿真计算可知，压电谐振器的q一般为23万左右，而本技术实施例提供的谐振器的q可以达到50.4万左右，可见，本技术实施例提供的谐振器的q相比压电谐振器的q有较大提升。
[0180]
另外，压电谐振部包括电极，单晶谐振部不包括电极，且压电谐振部与单晶谐振部通过耦合部耦合。这样一来，便可以将压电谐振部的电极与控制电路连接，并使控制电路从压电谐振部的电极上输入驱动信号，驱动谐振器谐振。并且，由于压电谐振部的机电转换效率较高，在压电谐振部上加载驱动信号相比在单晶谐振部上加载驱动信号，能够减小谐振器的动态阻抗。示例地，图20为本技术实施例提供的谐振器的动态阻抗曲线和相位曲线的示意图，从图20中可以看出，本技术实施例提供的谐振器的动态阻抗为157欧姆(ω)，该动态阻抗较小。
[0181]
基于本技术实施例提供的谐振器，本技术实施例还提供了一种谐振系统。如图25所示，该谐振系统包括：本技术实施例提供的任一种谐振器1301(图25中以图4所示的谐振器为例)，以及控制电路1302。控制电路1302用于向谐振器1301提供驱动信号，以及接收谐振器1301谐振所产生的振动信号。
[0182]
示例地，控制电路1302可以通过连接的第一电极组，向谐振器1301提供驱动信号，以驱动谐振器1301谐振并产生振动信号；控制电路1302还可以通过连接的第二电极组，接收该振动信号。其中，对于第一电极组和第二电极组中的一个电极组：该电极组包括第一电极和第二电极；或者，谐振器包括：单晶谐振部对应的辅助电极，该电极组包括：第一电极、第二电极和辅助电极；或者，谐振器包括：辅助电极，该电极组包括：第一电极和辅助电极。
[0183]
第一电极组和第二电极组可以相同也可以不同，本技术实施例对此不作限定。
[0184]
示例地，如图25所示，以上述第一电极组包括第一电极4011和第二电极4013，且第二电极组包括第一电极4011、第二电极4013和辅助电极405为例。控制电路1302用于通过第一电极4011和第二电极4013向谐振器1301提供驱动信号，以驱动谐振器1301谐振并产生振动信号。可以看出，控制电路1302可以通过第一电极4011和第二电极4013驱动压电谐振部
401谐振，之后，由压电谐振部401通过耦合部403带动单晶谐振部谐振，从而使得整个谐振器谐振。这种情况下，控制电路1302无需驱动单晶谐振部谐振。另外，如图25所示，以上述第二电极组包括第一电极4011和第二电极4013为例，此时，控制电路1302不仅通过第一电极4011和第二电极4013向谐振器1301提供驱动信号，且通过这两个电极接收谐振器1301谐振所产生的振动信号。
[0185]
又示例地，如图26所示，在图25的基础上，谐振器1301还包括：单晶谐振部402对应的辅助电极405，控制电路1302还与辅助电极405连接，上述第一电极组包括：第一电极4011和第二电极4013，第二电极组包括：第一电极4011、第二电极4013和辅助电极405。这种情况下，控制电路1302通过第一电极4011和第二电极4013向谐振器1301提供驱动信号，且通过第一电极4011、第二电极4013和辅助电极405接收谐振器1301谐振所产生的振动信号。在控制电路1302用于通过辅助电极405、第一电极4011和第二电极4013接收谐振器1301谐振所产生的振动信号时，由于控制电路1302接收振动信号用到的电极较多，因此能够增大接收振动信号的电极面积，增大控制电路1302接收到的振动信号的电流，减小谐振器1301的动态阻抗。
[0186]
本技术实施例提供的谐振系统可以是振荡器(也称时钟发生器)、传感器、通信设备(如无线通信设备)、穿戴设备等任一种包含谐振器和控制电路的系统。示例地，如图27所示，当该谐振系统为振荡器时，该振荡器可以包括谐振器1301，以及与谐振器1301连接的控制电路1302，该控制电路1302包括用于产生上述驱动信号的保持电路13021，以及其他电路(图27中未示出)。该振荡器能够输出谐振器谐振产生的振动信号，该振动信号可以作为时钟信号。
[0187]
基于本技术实施例提供的谐振系统，本技术实施例提供了一种用于该谐振系统中的控制电路的信号获取方法，如图28所示，该方法包括：
[0188]
s501、控制电路通过连接的谐振器中的第一电极组，向所述谐振器提供驱动信号，以驱动所述谐振器谐振并产生振动信号。
[0189]
s502、控制电路通过连接的谐振器中的第二电极组接收振动信号。
[0190]
其中，对于第一电极组和第二电极组中的一个电极组：该电极组包括第一电极和第二电极；或者，谐振器包括：单晶谐振部对应的辅助电极，该电极组包括：第一电极、第二电极和辅助电极；或者，谐振器包括：辅助电极，该电极组包括：第一电极和辅助电极。第一电极组和第二电极组可以相同也可以不同，本技术实施例对此不作限定。
[0191]
在该第二电极组包括第一电极、第二电极和辅助电极时，控制电路通过这三个电极接收谐振器谐振所产生的振动信号。此时，由于控制电路接收振动信号用到的电极较多，因此能够增大接收振动信号的电极面积，增大控制电路接收到的振动信号的电流，减小谐振器的动态阻抗。
[0192]
根据前述分析可知，谐振器在振动过程中会产生热弹性损耗。热弹性损耗是谐振器的重要能耗机制，热弹性损耗限制了热弹性损耗对应的q，从而限制了谐振器的q值，使得谐振器的q值较低，限制了谐振器的性能。比如，在谐振器作为时钟振荡器时，q值较低会增大时钟振荡器输出的时钟信号的相位噪声。在谐振器作为传感器时，q值较低会降低传感器的精度。
[0193]
热弹性损耗产生的机制如下：谐振器中用于振动的谐振层具有各向异性，谐振层
的各个目标晶向上的刚度不同，导致谐振层的各个目标晶向上的振动幅度不同，谐振层的各个目标晶向上产生的热量不同。这样一来，谐振层的各个目标晶向上产生的热量不同，产生热量梯度。热量梯度会带来热量流动，从而产生不可逆的能量损耗，这种损耗被称作热弹性损耗。
[0194]
相关技术中，可以通过在谐振层上刻蚀孔槽来减小热量流动，降低谐振器的热弹性损耗。但是，该方案只适用于热弹性损耗很大的弯曲模态的谐振器，对于热弹性损耗较小的体模态的谐振器，挖槽会使得该谐振器的局部应力集中度提升，从而增大热量梯度，使热弹性损耗增大。可见，刻蚀孔槽的方式并不适用于热弹性损耗较小的体模态的谐振器。
[0195]
本技术实施例提供了一种谐振器，该谐振器的热弹性损耗较低，因此该谐振器的q值较高，谐振器的性能较好。并且，该谐振器可以是弯曲模态的谐振器或者体模态的谐振器。
[0196]
本技术实施例提供的谐振器包括：静电谐振层。该静电谐振层的材质可以为单晶材质、多晶材质、掺杂后的单晶材质或掺杂后的多晶材质等。比如，该静电谐振层的材质为单晶硅、多晶硅、碳化硅、单晶氮化铝或多晶氮化铝等。
[0197]
静电谐振层具有平行于该静电谐振层的多个目标晶向，静电谐振层的不同目标晶向上的杨氏模量不同，该静电谐振层具有各向异性。并且，静电谐振层在平行任一目标晶向的直线上的长度，与该静电谐振层的该任一目标晶向的杨氏模量负相关；该直线经过静电谐振层的中心，且平行于静电谐振层。其中，静电谐振层在某一直线上的长度为：该直线上与该静电谐振层相交的部分的长度。
[0198]
示例地，假设第一目标晶向和第二目标晶向为静电谐振层的任意两个目标晶向。在静电谐振层的第一目标晶向的杨氏模量大于静电谐振层的第二目标晶向的杨氏模量时，静电谐振层在平行第一目标晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度小于静电谐振层在平行第二目标晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度。在静电谐振层的第一目标晶向的杨氏模量小于静电谐振层的第二目标晶向的杨氏模量时，静电谐振层在平行第一目标晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度大于静电谐振层在平行第二目标晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度。
[0199]
假设静电谐振层的一些目标晶向的杨氏模量可以如图29所示，图29的横轴和纵轴均表示杨氏模量，图29中的角度代表目标晶向与[110]晶向的夹角。从图29可以看出，静电谐振层的[100]晶向的杨氏模量较低，静电谐振层的[110]晶向的杨氏模量较高。在图29所示的杨氏模量的基础上，静电谐振层可以有以下两种可实现方式：
[0200]
在第一种可实现方式中，静电谐振层的结构可以如图30所示，该静电谐振层90可以呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零。静电谐振层90在平行[100]晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度(环宽)x1，大于静电谐振层90在平行[110]晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度(环宽)x2。可见，图30所示的静电谐振层90呈一种非等环宽的环形。另外，该静电谐振层90的中心位于环形的内环所包围的镂空区域内。
[0201]
在第二种可实现方式中，静电谐振层的结构也可以如图31所示，该静电谐振层90呈凸图形，且该凸图形的各个边缘位置的曲率均大于零。静电谐振层90在平行[100]晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度y1，大于静电谐振层90在平行[110]晶向的直线(经过静电谐振层中心)上的长度y2。可见，图31所示的静电谐振层90呈一种非等半径的圆形。
[0202]
可以理解的是，在静电谐振层的杨氏模量与图29所示的杨氏模量不同时，静电谐振层也可以呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零；或者，静电谐振层也可以呈凸图形，且该凸图形的各个边缘位置的曲率均大于零。静电谐振层的形状也可以与图30和图31所示的形状不同。
[0203]
综上所述，本技术实施例提供的谐振器中，静电谐振层在平行任一目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度，与该静电谐振层的该任一目标晶向的杨氏模量负相关。可见，在静电谐振层的某一目标晶向的杨氏模量较大时，本技术将静电谐振层在平行该目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度设置的较小；在静电谐振层的某一目标晶向的杨氏模量较小时，本技术将静电谐振层在平行该目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度设置的较大。由于静电谐振层中位于中心的任一目标晶向上的部分的刚度正相关于：该目标晶向的杨氏模量，以及静电谐振层在平行该目标晶向且经过静电谐振层中心的直线上的长度；因此，通过本技术中的“负相关”关系，便可以使得静电谐振层中位于中心的各个目标晶向上的部分的刚度较为均一。静电谐振层在振动时，静电谐振层中心的各个目标晶向上的部分的振动幅度较为均一，这些部分产生的热量较为均一，从而降低了热量梯度，减少了热弹性损耗，提升了谐振器的q。
[0204]
如果将如图30所示的静电谐振层与采用等环宽圆环的静电谐振层进行对比可以发现：采用等环宽圆环的静电谐振层在振动时，各个位置的位移相差较多，热对流较多，热弹性损耗较高；图30所示的静电谐振层在振动时，各个位置的位移相同(或大致相同)，因此减少了热对流，降低了热弹性损耗。
[0205]
如果将如图31所示的静电谐振层与采用等半径圆形的静电谐振层进行对比可以发现：采用等半径圆形的静电谐振层在振动时，各个位置的位移相差较多，热对流较多，热弹性损耗较高；图31所示的静电谐振层在振动时，各个位置的位移趋于相同，因此减少了热对流，降低了热弹性损耗。
[0206]
可选地，静电谐振层在平行于任一目标晶向的直线上的长度c
θ
′
与c
θ
相关。比如，c
θ
′
与c
θ
之差的绝对值小于或等于0.05*k*c0(比如c
θ
′
与c
θ
之差为零)。其中，θ表示该任一目标晶向与参考方向的夹角；e0表示静电谐振层的平行于参考方向的目标晶向上的杨氏模量；e
θ
表示静电谐振层的该任一目标晶向的杨氏模量；c0表示静电谐振层在平行于参考方向的直线上的长度；k为大于零的常数。根据公式可知，c
θ
和e
θ
负相关，c
θ
′
与c
θ
较为接近，因此，c
θ
′
与e
θ
也负相关。
[0207]
可以理解的是，c
θ
也可以采用与公式不同的公式计算。比如，a为系数。
[0208]
上述实施例中的e0可以小于e
θ
。换句话说，e0为静电谐振层的各个目标晶向的杨氏
模量中的最小值。平行于参考方向的目标晶向可以是上述[100]晶向或者其他目标晶向。可以理解的是，e0也可以不是静电谐振层的各个目标晶向的杨氏模量中的最小值，本技术实施例对此不作限定。
[0209]
进一步地，上述公式中的k为大于零的常数。k的取值与静电谐振层的热弹性损耗息息相关，k取合适的值能够进一步降低热弹性损耗，进一步地提升q
ted
，提升谐振器的q。
[0210]
示例地，在静电谐振层呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零时，0.3≤k≤0.8，比如，k＝0.55。在静电谐振层呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零时，k与q
ted
的关系曲线可以如图32所示，图32的横轴表示k，纵轴表示q
ted
，图32中的1.00e+0.6表示1.00乘以10的0.6次方，6.00e+0.6表示6.00乘以10的0.6次方，以此类推。根据图32可知，在k＝0.55时，静电谐振层中各个位置的位移较为均一，q
ted
达到峰值。该峰值是采用等环宽的圆环形状的静电谐振层的q
ted
的6倍。
[0211]
又示例地，在静电谐振层呈凸图形，且该凸图形外边缘的各个位置的曲率均大于零时，3≤k≤5，比如k＝4。当k＝4时，静电谐振层的热弹性损耗最低，q
ted
最大，比采用等半径圆形的静电谐振层的q
ted
增高13.6％。
[0212]
另外，本技术实施例不对静电谐振层的振动模态进行限制，该振动模态可以为呼吸模态、拉梅模态、se模态、le模态或we模态等。本技术实施例也不对该呼吸模态的阶数进行限制。图30所示的静电谐振层的一阶呼吸模态可以如图33所示，该静电谐振层的二阶呼吸模态可以如图34所示。其中，实线图形表示静电谐振层的静止状态，虚线图形表示静电谐振层的振型轮廓。一阶呼吸模态中静电谐振层的内环与外环同时外扩或者内收，而二阶呼吸模态中静电谐振层的内环与外环呈反相运动，内环收缩时外环扩张。该一阶呼吸模态可以用于输出中低频(约为10兆赫兹)时钟信号的场景，而二阶呼吸模态可以用于输出高频(约为200兆赫兹)时钟信号的场景。
[0213]
进一步地，谐振器包括：与静电谐振层位于同层的辅助电极；该静电谐振层的振动可以由该辅助电极驱动，并且，该辅助电极也可以检测该静电谐振层振动所产生的振动信号。该辅助电极与静电谐振层相间隔，并且，辅助电极和静电谐振层在静电谐振层的不同目标晶向上的间距相同。可以理解的是，在不同目标晶向上的间距也可以不同，比如，在静电谐振层的不同目标晶向上，辅助电极和静电谐振层的间距之差的绝对值小于或等于0.05*k*d或者0.05*d或者其他值，k为大于零的常数，d表示辅助电极和单晶谐振部在参考方向上的间距。此处的k可以与前述c
θ
的公式中的k。其中，在静电谐振层的一个目标晶向上，辅助电极与静电谐振层的间距为：经过静电谐振层的中心且平行于该目标晶向的直线中，位于辅助电极与静电谐振层之间的部分的长度。
[0214]
示例地，图30所示的静电谐振层90与辅助电极80的位置关系可以如图35所示。谐振器共包括该静电谐振层90对应的两个辅助电极，分别为辅助电极801和802。辅助电极801包围静电谐振层90，静电谐振层90包围辅助电极802；辅助电极801和静电谐振层90相间隔，静电谐振层90与辅助电极802也相间隔。并且，在静电谐振层90的不同目标晶向上，辅助电极801和静电谐振层90的间距相同；在静电谐振层90的不同目标晶向上，静电谐振层90与辅助电极802的间距相同。可选地，在静电谐振层90的同一目标晶向上，辅助电极801和静电谐振层90的间距，与静电谐振层90与辅助电极802的间距相同。
[0215]
又示例地，图31所示的静电谐振层90与辅助电极的位置关系可以如图36所示。谐
振器共包括静电谐振层90对应的一个辅助电极801，辅助电极801包围静电谐振层90；辅助电极801和静电谐振层90相间隔；在静电谐振层90的不同目标晶向上，辅助电极801和静电谐振层90的间距相同。
[0216]
可以看出，本技术实施例中的辅助电极与静电谐振层形状匹配，以使得辅助电极与静电谐振层在各个位置的间距保持在固定值。这样一来，在通过辅助电极驱动静电谐振层时，辅助电极向静电谐振层中各个位置施加的电场的强度较为一致，从而能够进一步促使静电谐振层中的各个位置的振动情况较为一致，进一步减少了热弹性损耗。
[0217]
进一步地，无论谐振器是否包括上述辅助电极，谐振器均还可以包括压电谐振的部分。
[0218]
示例地，图37为谐振器中静电谐振层90所在区域的截面示意图。如图37所示，谐振器还包括：第三电极701、压电振子702和第四电极703；第三电极701、压电振子702、第四电极703和静电谐振层90依次叠加。这种情况下，第三电极701和第四电极703可以用于驱动压电振子702振动，并且，在压电振子702振动时，能够带动静电谐振层90振动。
[0219]
又示例地，静电谐振层导电，静电谐振层可以复用为图37中的第四电极。图38为谐振器中静电谐振层90所在区域的截面示意图。如图38所示，谐振器还包括：第三电极701和压电振子702；第三电极701、压电振子702和静电谐振层90依次叠加。这种情况下，第三电极701和静电谐振层90可以用于驱动压电振子702振动，并且，在压电振子702振动时，能够带动静电谐振层90振动。
[0220]
本技术提供了具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器，以及具有“负相关”特性的谐振器。该具有“负相关”特性的谐振器的特征也可以应用在具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器中。
[0221]
比如，在具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器中，单晶谐振部的不同目标晶向上的杨氏模量不同；单晶谐振部呈层状，上述目标晶向平行于单晶谐振部。单晶谐振部在平行任一目标晶向的直线上的长度，与该单晶谐振部的该任一目标晶向的杨氏模量负相关，该直线经过单晶谐振部的中心。
[0222]
″
[0223]
可选地，c
θ
与c
θ
之差的绝对值小于或等于0.05*k*c0，c
θ
表示单晶谐振部在平行于任一目标晶向的直线上的长度；θ表示该任一目标晶向与参考方向的夹角；e0表示单晶谐振部的平行于参考方向的目标晶向上的杨氏模量；e
θ
表示单晶谐振部的该任一目标晶向的杨氏模量；c0表示单晶谐振部在平行于参考方向的直线上的长度；k为大于零的常数。
[0224]
可选地，e0小于e
θ
。
[0225]
可选地，单晶谐振部呈环形，且环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零；0.3≤k≤0.8。比如，k＝0.55。
[0226]
可选地，单晶谐振部呈凸图形，且凸图形外边缘的各个位置的曲率均大于零；3≤k≤5。比如，k＝4。
[0227]
可选地，谐振器还包括：单晶谐振部对应的辅助电极，辅助电极与单晶谐振部位于
同层且存在间隙。谐振器包括辅助电极时，在单晶谐振部的不同目标晶向上，辅助电极和单晶谐振部的间距相同。示例地，在图11中的辅助电极和单晶谐振部的位置关系参考图35所示的静电谐振层与辅助电极的位置关系时，包括耦合部、压电谐振部和单晶谐振部的谐振器的结构可以如图39所示。
[0228]
可选地，该谐振器也可以包括除该压电谐振部之外的压电谐振的部分。示例地，该压电谐振的部分可以包括：第三电极、压电振子和第四电极；第三电极、压电振子、第四电极和单晶谐振部依次叠加。这种情况下，第三电极和第四电极可以用于驱动压电振子振动，并且，在压电振子振动时，能够带动单晶谐振部振动。又示例地，单晶谐振部导电，单晶谐振部可以复用为上述第四电极，这种情况下，谐振器还包括：第三电极和压电振子；第三电极、压电振子和单晶谐振部依次叠加。这种情况下，第三电极和单晶谐振部可以用于驱动压电振子振动，并且，在压电振子振动时，能够带动单晶谐振部振动。
[0229]
本技术实施例提供的谐振系统中的谐振器可以是具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”的谐振器，也可以是上述具有“负相关”特性的谐振器。谐振系统中的控制电路用于：通过谐振器中的电极向谐振器提供驱动信号，以驱动谐振器谐振并产生振动信号，以及通过谐振器中的电极接收振动信号。该谐振系统可以是振荡器或传感器等。
[0230]
本技术实施例提供的用于该谐振系统中的控制电路的信号获取方法中的第一电极组和第二电极组，均可以根据相应的谐振器选取合适的电极。在谐振器具有“耦合部、压电谐振部和单晶谐振部”时，以及在谐振器具有“负相关”特性时，对于第一电极组和第二电极组中的一个电极组：该电极组可以包括谐振器中的至少两个电极，且这些电极可以是任意的电极(包括复用为电极的谐振层，如上述静电谐振层)。上述第一电极组和第二电极组可以相同也可以不同，本技术实施例对此不作限定。
[0231]
在本技术中，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“至少一个”指一个或多个，“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
[0232]
本技术实施例提供的谐振器实施例、谐振系统实施例以及信号获取方法实施例等不同类型的实施例均可以相互参考，本技术实施例对此不做限定。本技术实施例提供的方法实施例步骤的先后顺序能够进行适当调整，步骤也能够根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本技术的保护范围之内，因此不再赘述。
[0233]
在本技术提供的相应实施例中，应该理解到，所揭露的谐振器和谐振系统等可以通过其它的构成方式实现。例如，以上所描述的实施例仅仅是示意性的。
[0234]
以上所述，仅为本技术的可选实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种谐振器，其特征在于，包括：压电谐振部、单晶谐振部和耦合部；所述压电谐振部包括：依次叠加的第一电极、压电层和第二电极，所述单晶谐振部的材质为单晶材质或掺杂后的单晶材质；所述压电谐振部与所述单晶谐振部能够谐振，且所述压电谐振部与所述单晶谐振部通过所述耦合部连接并耦合。2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器包括：两个所述单晶谐振部，以及与所述两个单晶谐振部一一对应的两个所述耦合部；两个所述单晶谐振部位于所述压电谐振部的相对两侧，所述压电谐振部与所述单晶谐振部通过所述单晶谐振部对应的所述耦合部连接并耦合。3.根据权利要求1或2所述的谐振器，其特征在于，所述掺杂后的单晶材质包括掺杂浓度大于或等于10的19次方的单晶硅。4.根据权利要求1至3任一所述的谐振器，其特征在于，所述单晶谐振部的振动模态为呼吸模态、拉梅模态、方形扩展se模态、长度伸张le模态或宽度伸张we模态。5.根据权利要求1至4任一所述的谐振器，其特征在于，所述单晶谐振部在平行于所述压电层的参考平面上的正投影满足以下任一条件：所述正投影呈外环具有多种曲率半径的环形，且所述外环的各个位置的曲率半径与所述各个位置的环宽负相关；所述正投影呈外环具有一种曲率半径，且内环具有一种曲率半径的环形；所述正投影呈正方形；所述正投影呈圆形；以及，所述正投影呈椭圆形。6.根据权利要求1至5任一所述的谐振器，其特征在于，所述单晶谐振部的不同目标晶向上的杨氏模量不同，所述单晶谐振部呈层状，所述目标晶向平行于所述单晶谐振部；所述单晶谐振部在平行所述任一目标晶向的直线上的长度，与所述单晶谐振部的所述任一目标晶向的杨氏模量负相关，所述直线经过所述单晶谐振部的中心。7.根据权利要求6所述的谐振器，其特征在于，c
θ
c与c
θ
之差的绝对值小于或等于0.05*k*c0；c
θ
′
表示所述单晶谐振部在平行于所述任一目标晶向的直线上的长度；θ表示所述任一目标晶向与参考方向的夹角；e0表示所述单晶谐振部的平行于所述参考方向的目标晶向上的杨氏模量；e
θ
表示所述单晶谐振部的所述任一目标晶向的杨氏模量；c0表示所述单晶谐振部在平行于所述参考方向的直线上的长度；k为大于零的常数。8.根据权利要求7所述的谐振器，其特征在于，e0小于e
θ
。9.根据权利要求7或8所述的谐振器，其特征在于，所述单晶谐振部呈环形，且所述环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零；0.3≤k≤0.8。
10.根据权利要求9所述的谐振器，其特征在于，k＝0.55。11.根据权利要求7或8所述的谐振器，其特征在于，所述单晶谐振部呈凸图形，且所述凸图形外边缘的各个位置的曲率均大于零；3≤k≤5。12.根据权利要求11所述的谐振器，其特征在于，k＝4。13.根据权利要求1至12任一所述的谐振器，其特征在于，所述压电谐振部的振动模态为le模态或we模态。14.根据权利要求1至13任一所述的谐振器，其特征在于，所述压电谐振部的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。15.根据权利要求14所述的谐振器，其特征在于，所述第一电极的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。16.根据权利要求1至15任一所述的谐振器，其特征在于，所述第一电极的厚度、所述压电层的厚度和所述第二电极的厚度依次减小。17.根据权利要求1至16任一所述的谐振器，其特征在于，所述耦合部的材质包括单晶材质或掺杂后的单晶材质。18.根据权利要求1至17任一所述的谐振器，其特征在于，所述耦合部与所述第一电极连接。19.根据权利要求18所述的谐振器，其特征在于，所述第一电极、所述耦合部和所述单晶谐振部的材质相同，且厚度相同。20.根据权利要求1至19任一所述的谐振器，其特征在于，所述压电谐振部在平行于所述压电层的参考平面上的第一正投影，以及所述耦合部在所述参考平面上的第二正投影均呈条形，所述单晶谐振部在所述参考平面上的第三正投影呈环形；所述第一正投影的宽度、所述第三正投影的环宽以及所述第二正投影的宽度依次减小。21.根据权利要求1至20任一所述的谐振器，其特征在于，所述压电谐振部在平行于所述压电层的参考平面上的正投影位于所述单晶谐振部在所述参考平面上的正投影外。22.根据权利要求1至21任一所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器还包括：锚定部；所述锚定部与所述压电谐振部的振动节点连接，且与所述单晶谐振部相间隔；所述锚定部用于锚定所述谐振器中除所述锚定部之外的部分。23.根据权利要求22所述的谐振器，其特征在于，所述压电谐振部和所述单晶谐振部的第一排布方向，与所述压电谐振部和所述锚定部的第二排布方向不同；所述第一排布方向和所述第二排布方向均平行于所述压电层。24.根据权利要求1至23任一所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器还包括：所述单晶谐振部对应的辅助电极，所述辅助电极与所述单晶谐振部位于同层且存在间隙。25.根据权利要求24所述的谐振器，其特征在于，所述辅助电极和所述单晶谐振部在所述单晶谐振部的不同目标晶向上的间距相同。26.根据权利要求1至25任一所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器还包括：第三电极、压电谐振层和第四电极；所述第三电极、所述压电振子、所述第四电极和所述单晶谐振部依次叠加；或者，所述单晶谐振部导电，所述谐振器还包括：第三电极和压电振子；所述第三电极、
所述压电振子和所述单晶谐振部依次叠加。27.根据权利要求22至26任一所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器还包括：锚定部；所述锚定部与所述压电谐振部的振动节点连接，且与所述单晶谐振部相间隔；所述锚定部用于锚定所述谐振器中除所述锚定部之外的部分；所述谐振器在平行于所述压电层的参考平面上的正投影呈轴对称图形，所述轴对称图形具有经过所述锚定部在所述参考平面上的正投影的第一对称轴。28.根据权利要求1至27任一所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器在平行于所述压电层的参考平面上的正投影呈轴对称图形，所述轴对称图形具有经过所述单晶谐振部在所述参考平面上的正投影的第二对称轴。29.根据权利要求28所述的谐振器，其特征在于，所述第二对称轴的延伸方向为所述单晶谐振部的[100]晶向，或者，所述延伸方向为所述单晶谐振部的[110]晶向，或者，所述延伸方向介于所述[100]晶向和所述[110]晶向之间。30.一种谐振器，其特征在于，包括：静电谐振层；所述静电谐振层的不同目标晶向上的杨氏模量不同，所述目标晶向平行于所述静电谐振层；所述静电谐振层在平行任一目标晶向的直线上的长度，与所述静电谐振层的所述任一目标晶向的杨氏模量负相关，所述直线经过所述静电谐振层的中心。31.根据权利要求30所述的谐振器，其特征在于，c
θ
′
与c
θ
之差的绝对值小于或等于0.05*k*c0；c
θ
′
表示所述静电谐振层在平行于所述任一目标晶向的直线上的长度；θ表示所述任一目标晶向与参考方向的夹角；e0表示所述静电谐振层的平行于所述参考方向的目标晶向上的杨氏模量；e
θ
表示所述静电谐振层的所述任一目标晶向的杨氏模量；c0表示所述静电谐振层在平行于所述参考方向的直线上的长度；k为大于零的常数。32.根据权利要求31所述的谐振器，其特征在于，e0小于e
θ
。33.根据权利要求31或32所述的谐振器，其特征在于，所述静电谐振层呈环形，且所述环形的内环和外环的各个位置的曲率均大于零；0.3≤k≤0.8。34.根据权利要求33所述的谐振器，其特征在于，k＝0.55。35.根据权利要求31或32所述的谐振器，其特征在于，所述静电谐振层呈凸图形，且所述凸图形外边缘的各个位置的曲率均大于零；3≤k≤5。36.根据权利要求35所述的谐振器，其特征在于，k＝4。37.根据权利要求30至36任一所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器包括：与所述静电谐振层位于同层的辅助电极；所述辅助电极与所述静电谐振层相间隔，且所述辅助电极和所述静电谐振层在所述静电谐振层的不同目标晶向上的间距相同。
38.根据权利要求30至37任一所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器还包括：第一电极、压电谐振层和第二电极；所述第一电极、所述压电谐振层、所述第二电极和所述静电谐振层依次叠加；或者，所述静电谐振层导电，所述谐振器还包括：第一电极和压电谐振层；所述第一电极、所述压电谐振层和所述静电谐振层依次叠加。39.一种谐振系统，其特征在于，包括：权利要求1至38任一所述的谐振器，以及控制电路；所述控制电路用于：通过所述谐振器中的电极向所述谐振器提供驱动信号，以驱动所述谐振器谐振并产生振动信号，以及通过所述谐振器中的电极接收所述振动信号。40.根据权利要求39所述的谐振系统，其特征在于，所述谐振系统为振荡器或传感器。

技术总结
一种谐振器和谐振系统，属于器件技术领域。该谐振器包括：压电谐振部、单晶谐振部和耦合部。压电谐振部包括：依次叠加的第一电极、压电层和第二电极。当第一电极和第二电极之间加载驱动信号时，压电谐振部能够在该驱动信号的作用下发生谐振。单晶谐振部的材质为单晶材质或掺杂后的单晶材质。压电谐振部与单晶谐振部能够谐振，且压电谐振部与单晶谐振部通过耦合部连接并耦合。由于压电谐振部和单晶谐振部能够通过耦合部耦合，因此，单晶谐振部位于压电谐振部的振动方向上。本申请解决了压电谐振器的性能较差的问题，本申请用于谐振器。本申请用于谐振器。本申请用于谐振器。


技术研发人员：冯志宏 孙丰沛 徐景辉 黄林海
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/10/19