随着电子系统对器件高性能、小型化需求的逐步提高,MEMS谐振器凭借其高Q值、易集成、抗冲击等优势被推上舞台。由于MEMS谐振器的制作工艺和IC工艺兼容,可以实现批量生产,加上其优越的电气性能,因而在近年来逐渐成为一大研究热点。本文分析了MEMS自由梁谐振器工作机理及性能影响因素,讨论了Q值与谐振器结构、空气阻尼之间的关系,动态阻抗与电极间隙、介质材料之间的关系,根据表面微加工工艺设计了谐振器加工流程,并完成了谐振器的制备和测试,主要内容如下:1.将MEMS自由梁谐振器等效为弹簧阻尼振动系统,根据谐振器结构和材料提取谐振器等效弹性系数、等效质量等,采用机电类比法,将机械三维结构的谐振器等效为RLC电路模型,便于谐振器性能的分析;2.研究自由梁谐振器的能量损耗机理。从振动力学的角度出发,计算支撑梁末端对锚点做的功,获得传递到基底的机械波的能量,从而得到自由梁谐振器的锚点损耗;根据雷诺方程,分析了稀薄空气下MEMS谐振器的空气阻尼,推出等效阻尼系数,结合谐振器振动的达朗贝尔方程,获取谐振器的阻尼损耗;最后通过弹性热力学分析,建立了MEMS谐振器热弹性阻尼损耗模型,并采用有限元软件验证了分析结果;3.研究降低谐振器动态阻抗的移动电极法。分析不同参数对谐振器动态阻抗的影响,设计了通过增加阻挡块,外加驱动电极降低谐振器电容间隙减小动态阻抗的方法,并分析了外加电极对谐振器性能的影响,通过仿真分析验证了该方案的可行性;4.完成了谐振器的加工与测试。设计MEMS自由梁谐振器微加工流程,制作了谐振器光刻版并完成了谐振器的加工。根据谐振器的特性,设计了测试电路,提取键合线等效电气参数并建立其等效电路模型,仿真分析键合线及测试板对谐振器性能的影响,最后通过真空探针台测试了谐振器的性能。