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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）——从操控单量子系统到量子信息处理的历程

DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872763 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 谐振器的品质因数表征了振动能量随时间的衰减程度，直接关系到决定惯性传感器和振荡器性能的频率响应等关键参数。精确预测品质因数对设计高性能微机电系统（MEMS）器件至关重要。现有研究虽已建立若干品质因数理论模型，但由于计算复杂度限制，通常仅采用针对主导耗散机制的高度简化模型（如热弹性耗散的齐纳模型）。这类模型提供的直觉认知虽具启发性，却不足以预测复杂结构的设计方案，甚至可能产生严重误导。 本文通过有限元方法构建了完整的定量预测模型，采用晶体硅的全各向异性表征及所有参数的温度依赖性，对MEMS谐振器本征能量耗散机制进行精确建模。研究发现：由于先前被忽略的晶体各向异性效应及蚀刻释放孔等微观几何特征的影响，热弹性耗散常是比预期更重要的阻尼来源——这些因素现均可纳入实用模型。结果表明，结合外禀耗散机制的简化标度模型，该体系能以空前精度解释各类MEMS谐振器的实测品质因数数据。
作者： Shirin Ghaffari，Eldwin Jiaqiang Ng，Chae Hyuck Ahn，Yushi Yang，Shasha Wang，Vu A. Hong，Thomas W. Kenny
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究复杂硅微机电系统谐振器品质因数行为的精确建模，以预测惯性传感器和振荡器的性能。

研究成果

研究表明，通过采用材料特性的全各向异性表征和温度依赖性，可以实现对复杂硅基MEMS谐振器品质因子的精确建模。研究结果凸显了热弹性耗散（TED）的重要作用，并强调了在谐振器设计中考虑晶体各向异性和微小几何特征的重要性。该研究为设计具有可预测或优化品质因子的高性能MEMS器件奠定了基础。

研究不足

该研究承认材料特性（如AKE的格林艾森参数）及掺杂水平对弹性常数的影响存在不确定性。尽管模型较为全面，但可能无法完全捕捉每种谐振器设计中的所有耗散机制，这表明仍需进一步优化和研究。

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