共振器与周期性结构

摘要

本发明公开了一种共振器，至少由共振体和至少一周期性结构所组成。周期性结构的一端连结共振体，且至少由重复的两个基本结构单元所组成。周期性结构可用于阻挡共振体震荡时所产生的波传。其中，共振体具有共振频率f0，周期性结构在特定频段内具有频沟特性或哑频特性，且共振频率f0落在周期性结构的特定频段内。

权利要求

1.一种共振器，包括：

共振体，具有一共振频率f0；和

至少一周期性结构，其一端连结所述共振体，该周期性结构至少由重复的两个基本结构单元所组成，其中，所述周期性结构在特定频段内具有频沟特性或哑频特性，且所述共振频率f0落在所述周期性结构的所述特定频段内，所述周期性结构可用于阻挡所述共振体震荡时所产生的波传。

2.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构中所述基本结构单元为一维周期架构。

3.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构中所述基本结构单元为方形晶格架构。

4.如权利要求3所述的共振器，其中所述方形晶格架构具有多个孔洞，这些孔洞的圆心采取正方晶格排列。

5.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构中所述基本结构单元为六角形晶格架构。

6.如权利要求5所述的共振器，其中所述六角形晶格架构具有多个孔洞，这些孔洞的圆心采取六角晶格排列。

7.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构中，每个基本结构单元包括一种晶格架构。

8.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构中，每个基本结构单元包括两种晶格架构。

9.如权利要求8所述的共振器，其中所述两个晶格架构为相同的晶格架构。

10.如权利要求8所述的共振器，其中所述两个晶格架构为不同的晶格架构。

11.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构的所述基本结构单元在一维方向上排列。

12.如权利要求11所述的共振器，其中所述基本结构单元以m×n矩阵型态排列，其中m＝1，n为大于等于2的正整数。

13.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构的所述基本结构单元在二维方向上排列。

14.如权利要求13所述的共振器，其中所述基本结构单元以m×n矩阵型态排列，其中m和n分别为大于等于2的正整数。

15.如权利要求1所述的共振器，其中所述共振体为圆形或环形。

16.如权利要求1所述的共振器，其中所述共振体为正方形或长方形。

17.如权利要求1所述的共振器，其中所述共振体和所述周期性结构包括相同材料。

18.如权利要求17所述的共振器，其中所述共振体和所述周期性结构为一体成形的结构。

19.如权利要求1所述的共振器，还包括至少一支撑梁，其一端连结所述共振体，另一端连结所述周期性结构。

20.如权利要求19所述的共振器，其中所述共振体、所述支撑梁和所述周期性结构包括相同材料。

21.如权利要求20所述的共振器，其中所述共振体、所述支撑梁和所述周期性结构为可整合成单一的具有结构缺陷的支撑梁的结构。

22.如权利要求1所述的共振器，其包括两组周期性结构，它们分别与所述共振体的两端连结。

23.如权利要求22所述的共振器，其中所述两组周期性结构具有对称的结构。

24.如权利要求1所述的共振器，还包括支撑点，其设置于所述周期性结构的另一端下方并位于基材上，使所述共振体、所述周期性结构均与所述基材之间形成一距离。

25.如权利要求1所述的共振器，其中所述周期性结构中所述基本结构单元具有多个孔洞，且这些孔洞填充有与所述基本结构单元材料不同的物质。

26.如权利要求25所述的共振器，其中所述孔洞填充空气。

27.如权利要求25所述的共振器，其中所述基本结构单元材料包括硅，所述孔洞填充钨。

28.一种周期性结构，使用微机电制造过程制造，所述结构包括：一个一维的周期性结构本体，其至少由基本结构单元所构成，该基本结构单元取自具有二维晶格周期性孔洞的板状结构，所述基本结构单元于一维方向重复排列以组成所述一维周期性结构本体，其中所述基本结构单元的撷取方式为四条正交几何切割线于所述具有二维晶格周期性孔洞的板状结构上所包围出的形状，所述几何切割线通过所述周期性孔洞的内部，所述基本结构单元于周期性排列时具有频沟或哑频特性，使自所述周期性结构一端传入的弹性波无法传播至另一端。

29.如权利要求28所述的周期性结构，其中所述基本结构单元取自具有二维正方晶格孔洞的板状结构。

30.如权利要求28所述的周期性结构，其中所述基本结构单元取自具有二维三角晶格孔洞的板状结构。

31.如权利要求28所述的周期性结构，其中所述基本结构单元取自具有二维六角晶格孔洞的板状结构。

32.如权利要求28所述的周期性结构，其中所述具二维晶格周期性孔洞的板状结构中的所述孔洞为圆形截面或椭圆形截面或多边形截面。

33.如权利要求28所述的周期性结构，其中所述具二维晶格周期性孔洞的板状结构中的所述孔洞填充有与所述板状结构不同的物质。

34.如权利要求33所述的周期性结构，其中所述具二维晶格周期性孔洞的板状结构中的所述孔洞填充有空气。

35.如权利要求33所述的周期性结构，其中所述具二维晶格周期性孔洞的板状结构的所述孔洞填充有钨。

说明书

共振器与周期性结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种共振器，具体而言，涉及一种具有周期性结构的共振器。

背景技术

[0002] 微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)技术是在硅晶圆基板制作电子机械机构组件，它可以实现以往无法获得的功能。

[0003] 随着全球化经济发展，以及移动与无线、多媒体通讯的需求，各种无线通讯如全球行动通讯系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、蓝牙(Bluetooth)、无线局域网络(Wireless LAN，WLAN)、第三代依动通讯技术(3rd-generation，3G)、全球互通微波存取(WorldwideInteroperability for Microwave Access，WiMAX)等在过去几年蓬勃发展。目前应用在无线通讯上的标准或频段已达七种以上，每个标准都有其独特的通讯协议(protocol)，如不同的频带(band)、不同的通道宽度(channelbandwidth)...等)。为达到无缝隙的通讯联结，因此未来手机将以可调式高频前端模块随不同的通讯系统作设定，实现可重组化(reconfigurable)的系统架构。

[0004] 而无线通讯系统高频化后，利用硅晶圆基板制作的微机电系统组件加工技术可以制作出小型化、低成本化、模块化、单体化(Monolithic)的高频电路，未来将更受重视。

[0005] 传统射频(radio frequency)组件因导体及介质在千兆赫(gigahertz，GHz)频率下，其损耗将随着频率而增加。因此，以机构共振方式的体声波谐振器(Film Bulk Acoustic-wave Resonator，FBAR)，因具有体积小和高质量因子(quality factor，Q)的优点，将逐渐取代相关组件，而成为手机用滤波器的主要组件。但目前商业化的体声波谐振滤波器在1GHz时，质量因子Q值约800～1200，仅适合做频段选择滤波器(Band Selective Filter)。若要开发“通道选择滤波器(Channel Selective Filter)”满足次世代可调式频道选择高频前端模块，则须要求射频微机电共振器(RF MEMS resonators)在1GHz的Q值要达到10,000以上。因此，如何设计极高Q值的谐振器，进而达到信道选择滤波器的目标，是目前国际上研发人员面临的最大挑战。

[0006] 在如何增加频率-质量因子(f-Q)的乘积方面，现有国际研发单位均从如何降低共振器在一个共振周期内的损耗为目标。目前文献已知的共振体损耗机制可由下列公式得到：

[0007]

[0008] Qair：空气阻尼(air damping)

[0009] QTED：热弹阻尼(thermoelastic damping，TED)

[0010] Qsupport：支撑损耗(support loss)

[0011] Qsurface：表面损耗(surface loss)

[0012] 一般而言，空气阻尼(air damping)的损耗项目在真空(或低压)系统中可被忽略，表面损耗(surface loss)在机械结构共振器也可忽略，因此最重要的是考虑热弹阻尼(thermoelastic damping，TED)和支撑损耗(support loss)两项因子。上述两项在高频微机电结构的主要损耗与频率具有相关性。已有相关学者在文献(分别以理论及实验)中提出在高频下(＞100MHz)，支撑损耗(support loss)将是共振器Q值无法提升的主要原因，因此一些学术单位与国际微机电大厂均投入支撑损耗的分析计算，并且提出不同专利技术，避免弹力波透过支撑梁(support beam)传递至基板，以提升Q值。

[0013] 传统的共振器结构是将共振体以支撑梁架设在基板上，而共振体、支撑梁(support beam)及基板均为同一种材料例如硅材制成，其声阻抗(如式(1))完全一致。振动能量在相同材料上很容易传递。因此共振体的弹力波传递至支撑梁后将无反射地接近100％损耗于基材上。

[0014]

[0015] 以下系提出两种不同的专利技术，技术内容都是避免弹力波透过支撑梁传递至基板，减少损耗以提升Q值。

[0016] 美 国 专 利 US 6,628,177 号 ( 以 下 简 称 177’ 专 利 )，名 称 为“Micromechanicalresonator device and micromechanical device utilizing same”，其提出一种微机电共振组件，如图1所示。177’专利的技术手段主要是以一成长钻石薄膜为碟状(Disk)共振器的本体，利用两种不同材料的声波阻抗不同，钻石(Diamond)与硅的声波阻抗分别为6.18*107Kg/m2/s，1.85*107Kg/m2/s，因此产生弹力波反射面，将体波反射回共振体，而形成高质量因子(High-Q)共振器。图1的共振器结构主要包括钻石碟状共振体(diamond disk)101、多晶硅柱状物(polysilicon stem)102、结节环(nodal ring)104，当声波(acoustic wave)遇到钻石与硅的交界面105时会反射回共振体，因此交界面105又为声波反射面。其中钻石是自然界中声波阻抗最大的反射面材料。

[0017] 177’专利的实验数据亦发表于2004年美国电器电子工程师协会(IEEE)期刊上，如下列表1所示。从表1中可知钻石薄膜为碟状共振器的Q值可大幅提升六倍以上[0018] 表1

[0019]模块 柱状物的 碟状共振 柱状物的 碟状共振体 频率 品质因子
(Mode) 材料 体的材料 直径 的直径(Disk (Res. Q
(Stem (Disk (Stem Diam.，μm) Freg.， (Quality
Material) Material) Diam.，μm) MHz) Factor)
第一 硅 硅 1.6 22.0 245.1 8,100
模块
第一 硅 钻石 1.6 22.0 497.58 55,300
模块

[0020] 虽然使用不同材料可以产生弹力波反射面以反射能量，且使用钻石薄膜可以应付所有的频宽。

[0021] 另 一 美 国 专 利 US7,295,088 号 ( 以 下 简 称 088’ 专 利 )，名 称“High-Qmicromechanical resonator devices and filters utilizing same”，其提出另一种微机电共振组件，如图2所示。其中，微机电共振组件主要是包括环形共振体201、中央支撑点202和十字形支撑梁203。环形共振体201具有中空部(central cavity)，中央支撑点202位于环形共振体201的中空部的中心处，十字形支撑梁203则自中央支撑点202向外辐射地与环形共振体201的内环连结以支撑起共振体201。而环形共振体201的外侧和内侧分别设有感测电极(sense electrode)205和驱动电极(drive electrode)206，藉由电极重叠使整个支撑结构较不受干扰，以达到高Q值和低阻抗的效果。

[0022] 不像177’专利使用钻石和硅两种不同材料，此088’专利揭露出：在材料参数相同下(即共振体201、中央支撑点202和十字形支撑梁203均为相同材料)，将十字形支撑梁203连结至基板，可视为完全短路现象(即阻抗完全匹配)。但当十字形支撑梁203的长度渐渐变长至四分之一波长时，因形变一端为最大，另一端为最小，故其阻抗可视为最不匹配状况，可以反射最多的能量回共振体201。因此088’专利的技术特点主要是：十字形支撑梁203的长度为四分之一波长或波长的(2n+1)倍时，如图2所示的共振组件的Q值为最高(在频率1.2GHz时，Q值约14,643)。

[0023] 因此，如何在与现有微机电制程兼容的情形下，研发出具有高质量因子的共振器，使其具有超高f-Q乘积，突破国际现有的瓶颈，实为所属领域技术人员努力研发的重要目标。

发明内容

[0024] 根据本发明，提出一种共振器，其至少由共振体和至少一个周期性结构所组成。周期性结构的一端连结共振体，且至少由重复的两个基本结构单元所组成。周期性结构可用于阻挡共振体震荡时所产生的波传。

[0025] 根据本发明，还提出一种周期性结构，其使用微机电制造过程制造，周期性结构包括一个一维周期性结构本体，周期性结构本体至少由一个基本结构单元所构成。基本结构单元取自具二维晶格周期性孔洞的板状结构，基本结构单元于一维方向重复排列以组成一维周期性结构本体。其中，基本结构单元的撷取方式为四条正交几何切割线于具有二维晶格周期性孔洞的板状结构上所包围出的形状，且四条几何切割线会通过周期性孔洞的内部。

[0026] 为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图作详细说明。

附图说明

[0027] 图1为一种传统微机电共振组件的示意图，其中以成长钻石薄膜为碟状(Disk)共振器的本体；

[0028] 图2为另一种传统微机电共振组件的示意图；

[0029] 图3为依照本发明第一实施例的一种共振器的示意图；

[0030] 图4A为本发明第一实施例的另一种共振器的上视图；

[0031] 图4B为图4A所示的侧视图；

[0032] 图5A为在本发明第一实施例的周期性结构中，具有六角形晶格缺陷架构的一个基本结构单元的示意图；

[0033] 图5B为图5A的六角形晶格缺陷、一维的周期性结构在特定尺寸下的频散曲线图；

[0034] 图6A为本发明第一实施例的周期性结构中，具有方形晶格缺陷架构的一个基本结构单元的示意图；

[0035] 图6B为图6A的方形晶格缺陷、一维的周期性结构在特定尺寸下的频散曲线图；

[0036] 图7为依照本发明第一实施例的再一种共振器的示意图；

[0037] 图8A为依照本发明第二实施例的一种共振器的上视图；

[0038] 图8B为以图8A的共振器在特定尺寸下的周期性结构所制得的频散曲线图；

[0039] 图9A示出了仿真无周期性结构的共振器的能量穿透分析波传结果；

[0040] 图9B示出了模拟具有六角晶格缺陷、一维的周期性结构的共振器的震荡试验波传结果；

[0041] 图9C示出了模拟具有正方晶格缺陷、一维的周期性结构的共振器的震荡试验波传结果；

[0042] 图10示出了加入周期性结构与没有加入周期性结构的弹性波传行为比较情况；

[0043] 图11为共振频率与SiBAR结构宽度的关系图；

[0044] 图12给出了一些设计尺寸的相关实施数据。

[0045] 附图标记说明

[0046] 101：钻石碟状共振体

[0047] 102：多晶硅柱状物

[0048] 104：结节环

[0049] 105：交界面

[0050] 201：环形共振体

[0051] 202：中央支撑点

[0052] 203：十字形支撑梁

[0053] 205：感测电极

[0054] 206、310：驱动电极

[0055] 31、41、71：基材

[0056] 301、401、701、801：共振体

[0057] 303、403、703、803：支撑梁

[0058] 304、404、704、804：周期性结构

[0059] 406、706、806：支撑点(因为在实施例2中有一处为“支撑点806”)具体实施方式

[0060] 本发明提出了一种共振器结构，其至少包括一共振体和一周期性结构。周期性结构一端连结共振体，且至少由重复的两个基本结构单元所组成。根据本发明所提出的实施例，当共振体震荡时，周期性结构能反射弹力波阻挡波传，将波传泄能降低，使共振器的品质因子Q提高。再者，本发明实施例可与现有微机电制造过程相兼容。

[0061] 以下提出本发明的一些相关实施例。然而，实施例中所提出的共振器结构仅为举例说明，并非限制本发明欲保护的范围。再者，实施例中的图示亦省略了现有的一些没有涉及本发明构思的组件，以利清楚显示本发明的技术特点。

[0062] 第一实施例

[0063] 图3为本发明第一实施例的一种共振器的示意图。共振器至少包括共振体301与一个周期性结构304。在第一实施例中，共振器包括连结共振体301和周期性结构304的支撑梁303；且在共振体301的两端分别具有各一组支撑梁303和周期性结构304，如图3所示。

[0064] 共振体301可以是正方形、长方形、矩形、圆形或环形等块体，对形状没有具体限定。在此实施例中，共振体301为长方形块体，且夹置在两驱动电极310之间以作共振器。驱动电极310和共振体301的壁面具有间隙，例如是几十纳米(nm)的间距，透过静电力的方式使共振体301产生共振。其中共振体301在可工作模态下具有共振频率f0，而周期性结构304在特定频段内具有频沟特性或哑频特性，共振体301的共振频率f0落在所设计的周期性结构304的该特定频段当中。周期性结构304于弹性波传专业领域又称为声子晶体(phononic crystal)，可阻挡自共振体301传来的弹力波/机械波。

[0065] 请同时参照图4A、4B。图4A为第一实施例的另一种共振器的上视图。图4B为图4A的侧视图。其中，共振器除了在共振体401的一侧透过支撑梁403与周期性结构404的一端连结，周期性结构的另一端下方以支撑点(anchor)406设置于基材41上，使共振体401、支撑梁403和周期性结构404均与基材41之间形成一距离。同样，图4A、4B中在共振体401的两端各具有一组支撑梁403和周期性结构404，其结构一般(但不限制地)可呈对称型态。

[0066] 而微机电共振器在高频操作时，其质量因素(quality factor)将由支撑点406传递至基材41的损耗而决定。而本发明的实施例即是利用将周期性结构404置于共振体401与基材41之间，并设计具有适当尺寸可造成具频沟(band gap)的声子晶体，利用声子晶体能反射弹力波的物理特性，使能量无法传递至支撑点406，降低传递至基材41的损耗，达到高质量因子(High-Q)。因此图3、4A、4B所示的结构即为以周期性结构为反射边界的High-Q共振器。此High-Q共振器经整合后，可适合于无线通讯系统的重要零部件---滤波器的应用。

[0067] 在制作本发明实施例的共振器结构时，不需要使用如现有技术177’专利所述的钻石薄膜和硅等不同材料，而是使用相同材料(例如硅)来制作出共振器结构，因此可与微机电制造过程(例如CMOS制程)兼容，不会提高制造成本，适合广泛地应用在商业市场上。再者，视实际应用状况，可选择在微机电制造过程中的任何一道合适的工序中，形成本发明实施例的共振器结构，其中共振体和周期性结构(和支撑梁，若有的话)可整合成单一的具有结构缺陷的支撑梁，如图9B、9C所示。本实施例中，共振体和周期性结构可使用相同材料制得。

[0068] 另外，本发明实施例的周期性结构至少由重复的两个或两个以上(如：3、4、...p个，p为大于等于2的正整数)的基本结构单元所组成。而每一基本结构单元例如是一维重复周期架构、方形晶格架构、六角形晶格架构或其它结构，本发明并不多作限制，只要基本结构单元具有频沟(Band gap)特性或哑频段(Deaf band)，且该频沟/哑频段涵盖了共振器工作模态下的共振频率f0，使弹力波无法在周期性结构上传递即可作为本发明的实施方式。

[0069] 以下，系分别以具有六角形晶格架构和方形晶格架构的基本结构单元作周期性结构的说明。

[0070] 请参照图5A、5B。图5A为在本发明第一实施例的周期性结构中，具有六角形晶格缺陷架构的一个基本结构单元的示意图。图5B为图5A的六角形晶格缺陷、一维的周期性结构在特定尺寸下的频散曲线图。

[0071] 图5A中，周期性结构中的一个基本结构单元具有六角形晶格架构，即基本结构单元上的多个孔洞，这些孔洞的圆心采取六角晶格排列。

[0072] 在一设计例中，若共振体为矩形共振块体，其几何尺寸为高度6μm，宽度14μm，长度150μm，该矩形共振块体有一个长度方向中心轴为节点的共振模态(采用Geogia Tech发表的SiBAR结构)，共振频率f0为301.2MHz。支撑梁结构的几何尺寸为高度6μm，长度7μm，宽度2μm的矩形块，为增加Q值，支撑梁的一端连接在共振体共振模态的节点位置。可设计一个具周期性的结构体，利用该结构存在的频沟现象或哑频段来反射频率为301.2MHz的弹性波。

[0073] 另外，图11为共振频率与SiBAR结构宽度的关系图，其中SiBAR长度固定在150μm，厚度固定在6μm。以矩形共振块体来搭配声子晶体，在固定长度和厚度下，只要设计该矩形块的宽度便可以得到所需要的操作频率。

[0074] 若设计一个如图5A所示的六角形晶格周期性结构，透过单晶胞结构配合布拉格周期性边界的仿真，可获得特征几何长度为高度6μm、孔洞半径2.6μm、孔洞圆心(采六角晶格排列)间距6μm的周期性单晶胞结构。图5B为依此六角形晶格周期性结构尺寸所制得的频散曲线图。从图5B可得知：此六角形晶格周期性结构在频段268.2MHz到351.7MHz具有频沟特性。当共振块体在共振频率f0为301.2MHz下振动时，其共振频率f0落入此频沟频段中，周期性结构为无可传播模态，因此可以反射自支撑梁传来的弹力波，进而避免能量经由周期性结构下方的支撑点而传至基材造成的损耗。

[0075] 图6A为本发明第一实施例的周期性结构中，具有方形晶格缺陷架构的一个基本结构单元的示意图。图6B为图6A的方形晶格缺陷、一维的周期性结构在特定尺寸下的频散曲线图。

[0076] 根据上述设计例所提出的共振体和支撑梁的尺寸，也可透过单晶胞结构配合布拉格周期性边界的仿真，获得如图6A所示的单晶胞结构，其特征几何长度为高度6μm、孔洞半径6.5μm、孔洞圆心间距15μm，该些孔洞的圆心采取正方晶格排列。图6B则为依此方形晶格周期性结构尺寸所制得的频散曲线图，从图6B可得知：此方形晶格周期性结构在频段290MHz到324MHz相对于设计例所提出的共振体尺寸属于哑频段。当共振块体在共振频率f0为301.2MHz下振动时，其共振频率f0落入此哑频段中，周期性结构的波传行为与桥接梁振荡行为正交，因此可以反射自支撑梁传来的弹力波，进而避免能量经由周期性结构下方的支撑点而传至基材造成的损耗。

[0077] 再者，周期性结构中，结构尺寸与操作频率成比例关系。例如若一实施例的高质量因子共振器设计完成在操作频率f0，结构大小为AxBxC尺寸，如把上述结构t尺寸整体缩小成0.5A×0.5B×0.5C，那么操作频率就会变成2倍f0；反之，如把上述结构t尺寸整体放大成2A×2B×2C，那么操作频率就会降频变成1/2倍f0。图12提供了一些设计尺寸的相关实施数据，以供实际应用时作为操作频率和选择声子晶体型态的参考。例如共振体尺寸为宽32μm×长200μm×厚度6μm，操作频率在390MHz时，可搭配D型声子晶体(频沟：380～
400MHz)。

[0078] 而应用如图5A或图6A所示的基本结构单元时，可参照图3和图4A。如图3所示的共振器，与共振体一端连结的周期性结构包括四个如图5A所示的六角形晶格基本结构单元(也可换成如图6A所示的方形晶格周期性结构)；而如图4A所示的共振器，与共振体一端连结的周期性结构则包括两个具有六角形晶格架构的基本结构单元(也可换成如图6A所示的方形晶格周期性结构)。其中，图3和图4A的基本结构单元均在一维方向上排列，其排列方式可分别视为1×4和1×2矩阵型态。而周期性结构所包括的基本结构单元数目优选至少为两个，但并没有特别限制，其实际数目可视应用所需而作适当选择。

[0079] 虽然上述实施方式中均为支撑梁连接共振体和一周期性结构，但值得注意的是本发明并不以此为限，也可以省略支撑梁而令周期性结构与共振体的一端直接连结。

[0080] 另外，与共振体连接的周期性结构数目并没有特别限制，除了图3和图4A所示的共振器结构是在共振体的两端(透过支撑梁)各接一组周期性结构，也可以是接上3、4、...r组周期性结构(r为正整数)，这应视共振器应用型态和实际需求而定，本发明对此并不多作限制。图7为依照本发明第一实施例的再一种高质量因子的共振器的示意图。其中，共振器的共振体701为环形，并具有四组周期性结构704分别透过支撑梁703连接至环形的共振体701的节点处，且每一组周期性结构704的另一端以支撑点706设置于基材71上，而环形的共振体701、支撑梁703、和周期性结构704均与基材71相隔一间距。再者，如图7所示的共振器，其每一组周期性结构704包括三个基本结构单元以1×3矩阵型态排列，每一基本结构单元具有如图6A所示的方形晶格架构。

[0081] 另外，实际应用时，与共振器的共振体(无论是否透过支撑梁)连接的各组周期性结构，其所包含的基本结构单元的型态和数目可以相同也可以不同，例如每一基本结构单元可包括一种晶格架构、或多种相同或不相同的晶格架构；而周期性结构可以对称也可以不对称，本发明对此并不多作限制。

[0082] 另外，虽然在上述实施例的相应附图中均以周期性结构具有圆孔进行说明，然而本发明并不以此为限，也可以是其它形状的孔洞，例如矩形、三角形、椭圆形等孔洞；再者，孔洞内除了空气，也可以填充与基本结构单元不同材料的物质，例如基本结构单元材料若是硅，则孔洞内可填充钨、或是硅以外的材料。只要所形成的周期性结构具有频沟特性或哑频段，能反射共振体传来的弹性波的任何结构均属本发明可实施的方式。

[0083] 第二实施例

[0084] 在第一实施例中，对各组周期性结构的至少两个基本结构单元在一维方向上排列作出了说明，即以1×p(p为大于等于2的正整数)矩阵型态排列。然而本发明并不以此为限，周期性结构的这些基本结构单元也可以在二维方向上排列，即以m×n矩阵型态排列，其中m和n分别为大于等于2的正整数。

[0085] 请参照图8A，其为本发明第二实施例的一种共振器的上视图。其中，在共振体801的两侧各具有一组支撑梁803和周期性结构804，其结构(但不限制地)呈对称型态。以共振体801的单侧来看，周期性结构804的一端透过支撑梁803与共振体801连结，而周期性结构的另一端下方以支撑点(anchor)806设置于基材(未显示于图8A中)上，使共振体801、支撑梁803和周期性结构804均与基材之间形成一距离。再者，每一组周期性结构804所包括的基本结构单元在二维方向上排列，即以5×4矩阵型态排列，且每一基本结构单元具有方形晶格架构，即孔洞的圆心采取正方晶格排列。

[0086] 图8B为以图8A的共振器在特定尺寸下的周期性结构所制得的频散曲线图。此种周期性结构在频段258MHz到317MHz具有频沟特性。当应用设计例的共振块体在共振频率f0为301.2MHz下振动时(请参照第一实施例的说明)，其共振频率f0落入此频沟频段中，周期性结构804为无可传播模态，因此可以反射自支撑梁803传来的弹力波，进而避免能量经由周期性结构804下方的支撑点806而传至基材造成损耗。当高频操作共振器时，高质量因子取决于支撑点806传递至基材的损耗，如图8A所示的二维方向排列的周期性结构804则为具有频沟特性的声子晶体，几乎达到完美的反射边界条件，进而达到非常高的质量因子(High-Q)。当共振器的操作频率大于100MHz，其质量因子可大于10000。

[0087] 同样，在实际应用时，可优选在微机电的某一道工序中一次完成如第二实施例所述的共振器结构的制作，以节省成本。再者，共振器结构可选用硅、或微机电制造过程中会运用到的其它材料来制作。

[0088] 综合上述，周期性结构，换句话说，包括至少由基本结构单元所构成的一个一维的周期性结构本体，且基本结构单元取自具有二维晶格周期性孔洞的板状结构，基本结构单元于一维方向重复排列以组成一维的周期性结构本体。其中基本结构单元的撷取方式为四条正交几何切割线于具有二维晶格周期性孔洞的板状结构上所包围出的形状，而这些几何切割线可通过周期性孔洞的内部。再者，自具有二维晶格周期性孔洞的板状结构所撷取的该基本结构单元于一维周期性无穷排列时具有频沟、或哑频特性，使自一维的周期性结构一端传入的弹性波无法传播至另一端。另外，基本结构单元可撷取自具有二维正方晶格孔洞的板状结构(如图6A所示)、或具有二维三角晶格孔洞的板状结构、或具有二维六角晶格孔洞的板状结构(如图5A所示)、或其它形状晶格孔洞的板状结构。而板状结构上的孔洞可以为圆形截面、或椭圆形截面、或多边形截面、或其它形状的截面。

[0089] 其它在本发明技术概念下可作适当调整和变化的各细项说明，请参照第一实施例的内容，在此不再赘述。

[0090] 仿真试验的结果与说明

[0091] 仿真试验中，以周期性结构为反射边界的共振器由一个共振块、至少一个支撑梁与至少一个周期性结构所组成。此仿真试验以数值验证了支撑梁到基板这段区域的弹性波传行为。由于仿真试验里不可能建立无穷大的基板，因此在基板右端接以一个吸波材料来仿真波传传至基板无穷远处，而当共振块体在震荡时会推动支撑梁，因此在支撑梁上给予波源，以仿真该处(支撑梁)连接一个共振块体。

[0092] 图9A示出了仿真一无周期性结构的共振器的能量穿透分析波传结果。图9B示出了仿真具六角晶格缺陷、一维的周期性结构的共振器的震荡试验波传结果。图9C示出了仿真具正方晶格缺陷、一维的周期性结构的共振器的震荡试验波传结果。第9A～9C图中，M为吸波材料，b为支撑梁，S为基材区，WS为波源。图9A为一对照组实验，图9B、9C给出了仿真依照本发明第一实施例的一维方向排列的周期性结构的能量穿透分析情况，可比较加入周期性结构与没有加入周期性结构的弹性波传行为，弹性波进入到基材区视为波传能量泄漏。

[0093] 观察这些仿真试验结果，发现：没有周期性结构的共振器，其弹力波可继续传递并进入基材区，如图9A所示。而如本发明实施例的具有周期性结构的共振器，使用具有频沟特性的六角晶格周期性结构，其弹力波无法继续传递，如图9B所示。若使用具有哑频段的正方晶格周期性结构，其弹力波在刚进入基材区一小段之后消失，因此也无法继续在基材区中传递，如图9C所示。

[0094] 图10为加入周期性结构与没有加入周期性结构的弹性波传行为的比较。其中，弹性波进入到基材区视为波传能量泄漏。同样，图10中，M为吸波材料，b为支撑梁，S为基材区，WS为给予波源位置。

[0095] 从图10的仿真试验结果比较，两者在基材区的估计能量约差100倍以上，从波传能量泄漏观点可推论，有周期性结构的共振器Q值表现将会比没有周期性结构的共振器Q值高出100倍以上。相较于目前为止，文献在波传泄漏抑制的最好改善是透过钻石共振块体搭配硅桥接梁(专利177’)，利用两种材料声阻抗不匹配来抑制波传能量泄露，从声阻抗观点，有两种阻抗不匹配的帮助将只会帮助压抑1/4倍的波传能量泄露，而本发明具有频沟的周期性结构其声阻抗可视为无限大，也就是可以压抑几乎所有的波传能量泄露。

[0096] 当然，本领域技术人员可预计实作的共振器组件尚会以其它形式泄漏能量(如材料本身的损耗)。因此，本发明实施例的具有周期性结构的共振器可视为将波传泄能降至最低，因此Q值表现将会很高，最终实验Q值表现只受限于材料本身的热弹阻尼(Thermoelastic damping，TED)。

[0097] 综合上述，本发明实施例的共振器，用置于共振体与基材间的周期性结构，且该周期性结构具有适当的尺寸可形成具有频沟特性的声子晶体，利用声子晶体能反射弹性波的物理特性以阻挡共振体震荡时所产生的波传，降低传递至基材的损耗，达到几乎完美的反射边界条件，进而达到高质量因子。再者，本发明实施例的共振器可使用同一材料(例如硅)制作，可与现有微机电制造过程兼容，无须如现有技术那样使用钻石和硅不同材料，因此不会增加制造成本。而应用周期性结构(声子晶体)产生频沟时，弹性波无法传递的现象，可将其特性视为人造的完美材料(prefect boundarycondition)，其声阻抗可视为无限大。

[0098] 而根据相关仿真试验结果也证明，本发明的具有周期性结构的共振器所得到的Q值可大幅改善，使f-Q乘积具有超高值，因此具有突破国际现有技术瓶颈的潜力。此超高质量因子的微机电共振器可应用于：(1)取代现有手机使用中的体声波谐振器(FBAR)、SAW...等传统频率选择滤波器。因其性能(Q值)较传统滤波器高，且与FBAR相较无厚度均一性考虑。(2)其具有超高的Q值，可实现国际研究机构提出的未来移动通讯解决方案之一---以通道选取滤波器(channel select filter)为射频前级，并搭配软件定义无线电(Software Defined Radio，SDR)，达成无缝隙通讯系统。

[0099] 表2简单列出本发明与两种现有技术的差异和各项特点的比较。

[0100] 表2

[0101]

[0102] 综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以作各种变更与润饰。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求所限定的范围为准。