石英具有非凡的机械和压电特性，使得从19世纪40年代中期以来一直作为基本的时钟器件。尽管在陶瓷、硅晶和RLC电路方面有60多年的研究，在此之前没有哪种材料或技术能替代石英振荡器。鉴于其异常的温度稳定性和相位噪声特性，估计2006年将有100亿颗石英振荡器被制造出来并放置到汽车、数码相机、工业设备、游戏设备、宽带设备、蜂窝电话，以及事实上每一种数字产品当中，石英振荡器的制造数量比地球上的人口还要多。
然而，石英振荡器有许多缺点，包括不能集成到硅圆晶上，缩小尺寸相应提高了成本，非工业标准的制造和封装方法，对热、冲击和振动敏感。因此，电子工业界习惯于使用石英振荡器，任何在不牺牲性能的情况下克服这些缺点的努力都是徒劳无功的。
MEMS谐振器的出现
MEMS谐振器和石英晶体完全不同：不同的机械特性，不同的电气特性，不同的工艺技术和不同的驱动电路，甚至于尺寸也不同，MEMS谐振器比石英晶体具有更小的尺寸。因此，最具潜力的石英振荡器替代技术始终是MEMS振荡器。
现在，MEMS振荡器技术已经成为现实，极其有效的成本以及非常小的尺寸。2006年的第一季度，SiTime开始为批量MEMS振荡器市场提供样片，直接与石英振荡器竞争。
MEMS振荡器技术
MEMS工艺起始于由10μm SOI圆晶玻璃绝缘层向下刻蚀0.4μm而形成谐振腔原型。刻蚀层由硅氧化合物覆盖，圆晶置入外延反应器表面生长硅和多晶硅薄层。由这一层刻蚀通孔由通孔移除玻璃形成谐振器。圆晶重新置入外延反应器并于1000oC下清洁除去污染，通孔密封关闭，并生长厚单晶和多晶覆盖。谐振通过高温退火，移除微裂纹和缺陷，MEMS谐振器永密封于极其洁净的真空腔内。厚多晶覆盖机械强度高能耐受封装注塑过程几百个大气压力。经过抛光，圆晶显得与未经处理一样崭新，尽管表面以下可能隐藏着树十甚至数千个谐振器。由覆盖单警开辟通孔形成到谐振器驱动和感应电极的电气接触。
圆晶的最后通过金属线和键合完成多芯片或片上系统封装的振荡器。MEMS谐振器顶层可以放置CMOS电路只是要小心不要在多晶覆盖放置晶体管。
全新硅工业的诞生
电子工业的新技术使得集成非常小的高Q值低ppm的单个或多个谐振器成为现实，并且成本低于石英晶体产品。一些颇有价值的应用包括：
消费类和计算机产品
笔记本计算机、数码相机、游戏机、VCD、便携式媒体播放器、机顶盒、高清电视和打印机等几乎所有消费类电子产品目前均需消耗石英产品。例如，PC主板需要数颗石英晶体、石英振荡器、VCXO和CMOS PLL芯片。
MEMS-first谐振器是CMOS兼容的，可以与PLL、逻辑电路和模拟电路集成，减少EMI，布线复杂度和减小时序电路面积达70%。MEMS-first谐振器以振荡器的形式焊装，不需要外接任何电容或电阻，节省了额外的PCB空间，不存在晶体起振的问题和布线干扰问题。
汽车应用
汽车工业以TS16949：2002质量和可靠性强硬政策著称，IATF和JAMA开发了更广泛的质量标准。关注共同的环境性能问题诸如温度、湿度、冲击和振动。对于汽车应用，新的MEMS-first谐振器在物理特性上，在设计上，在制造工艺上比石英晶体更加优越。
如前所述，硅谐振器在1000°C温度下退火。因此，正常操作温度本质上对它无任何影响。器件的其它部份是标准的，温度和可靠性限制被很好地符合。实际上，最终的振荡器操作温度不是被谐振器所限制，而是被标准CMOS电路和封装所限制。
相比于石英晶体，硅谐振器对冲击和振不敏感，因为硅谐振器具有更多的基本谐振模式。封装失效发生在谐振器之前本质上不能使谐振停止。
SiTime的MEMS-first振荡器建立在6-sigma标准的基础上，无论是MEMS裸片和驱动IC，并使用符合汽车质量标准的封装。使用0.18μm标准CMOS半导体设备生产的0.4μm最小尺寸谐振器，正常的结果是对于初始频率分布，品质因素和插入损耗具有高成品率和极紧密的特性分布。
无线应用
这项技术早期的应用目标之一是紧凑型无线节点，它需要集成一个或多个谐振器。工作在315、433、868，以及915MHz频段的无线节点受益于抖动<20ps RMS和+/-50ppm特性的第一代振荡器，节约超过50%的节点空间。一颗、两颗或者更多的MEMS-first谐振器可能集成到单一的裸片上，对于无线应用要求32.768kHz的振荡器用于实现低功耗唤醒和实时时钟，而高频率振荡器用于实现发送、接收和处理功能。
Moore定律应用于MEMS-first谐振器
新谐振器更激动人心的特性之一是它随着工艺尺寸的缩减而缩减。所有常规MEMS产品由旧的生产线移植。然而，SiTime的谐振器技术，缩减CMOS尺寸的优越之处还提高了谐振器的性能。SiTime的SiT8002 MEMS谐振器电极间距0.4μm，限制了加在CMOS振荡器上的电信号数量。在下一代产品，减少电极间距将增加振荡器感应信号数量，提高信噪比，提供更好的相位噪声和抖动性能。下一步的MEMS-first性能更高成本更低。
这趋势与石英晶体恰恰相反，对于石英晶体，更小的尺寸意味着更差的性能和更高的成本。SiTime的下一代产品系列将是32.768kHz的振荡器。进一步信息，请访问
http://www.sitime.com/news/podcasts.htm。
