Study, design, and characterization of anchor loss reduction and tuning the frequency of MEMS resonators for timing applications

Kazemi, Mohammad (2023). Study, design, and characterization of anchor loss reduction and tuning the frequency of MEMS resonators for timing applications. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Electrically powered devices and machines with electronic components require precise timing to function properly. The need for accuracy has become increasingly critical with the growth of high-speed telecommunications and data processing. To meet the demand for more efficient and faster electronic circuits and compact devices, the development of new generations of micro-electromechanical systems (MEMS) is necessary.

The purpose of this study is to contribute to the advancement of knowledge on anchor loss and tunability of MEMS resonant devices.

To begin, a comprehensive review of the literature was conducted to provide an overview of MEMS devices, their applications, and fabrication processes. Next, this thesis presents the modeling, design, and fabrication of clamped-clamped beam MEMS resonant devices with a focus on reducing anchor loss. The work examines the impact of different shapes of energy reflector holes on the anchoring structure’s anchor loss and the beam resonator’s quality factor.

This thesis also explores the design and fabrication of a tunable MEMS resonator. The device comprises a resonator anchored on both sides through suspended beams, situated between two DC actuators with springs. The activation of each actuator increases the frequency of the resonator through the added stiffness of the anchoring structure and resonator. The simplicity of the structure provides high tunability of the resonant structure, which is a notable advantage of this work.

Titre traduit

Étude, conception et caractérisation de la réduction de la perte d’ancrage et de l’accord de fréquence des résonateurs MEMS en forme de poutre pour les applications de synchronisation

Résumé traduit

Les appareils électriques et toutes les machines qui comportent une partie électronique ont besoin d’une synchronisation précise pour être fonctionnels. La nécessité d’une synchronisation précise s’accroît avec la croissance considérable des télécommunications à haut débit et du traitement des données. Le besoin de dispositifs compacts et de circuits électroniques qui peuvent fonctionner encore mieux et plus rapidement nécessite de nouvelles générations de microsystèmes électromécaniques (MEMS).

L’objectif de ce travail est de contribuer au développement des connaissances accumulées en matière de perte d’ancrage et d’accordabilité des dispositifs résonants MEMS.

Une revue de littérature approfondie a été effectuée au début de ce travail pour présenter les dispositifs MEMS, leurs applications et leurs procédés de fabrication. Ensuite, la modélisation, la conception et la fabrication de dispositifs résonants MEMS en forme de poutre sont présentées en mettant l’accent sur la réduction des pertes d’ancrage. L’avantage de ce travail est d’illustrer l’effet de différentes formes de trous réflecteurs d’énergie qui sont placés sur la structure d’ancrage, sur la perte d’ancrage et sur le facteur de qualité poutres résonantes.

L’étude d’un résonateur MEMS dont la fréquence d’opération est accordable est ensuite présentée. Dans ce travail, deux actionneurs DC avec des ressorts sont utilisés pour changer la fréquence des poutres résonnantes en touchant les ancres, ce qui conduit à l’augmentation de la rigidité du ressort des ancres et donc à l’augmentation de la fréquence du résonateur. L’avantage de ce travail est la structure simple qui apporte une haute accordabilité de la structure résonante.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographoqies (pages 61-76).
Mots-clés libres:	résonateurs MEMS, facteur de qualité, perte d’ancrage, PiezoMUMPs, réglage de la fréquence de résonance, actionneurs DC
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Nabki, Frédéric
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	30 oct. 2023 14:14
Dernière modification:	30 oct. 2023 14:14
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3311

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