[發明專利]基于二維壓電材料薄膜的聲表面波器件

在審

• 申請號: 201810388048.2
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN110149102A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 陳立博;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H03H3/10
• 分類號: H03H3/10;H03H9/25;H03H9/02;H01L41/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種基于二維壓電材料薄膜的聲表面波器件，包括：基底；二維壓電薄膜，位于基底之上；電極層，位于二維壓電薄膜之上或者位于基底與二維壓電薄膜之間，包括：叉指換能器及其匹配電路；其中，二維壓電薄膜的材料為具有壓電性的二維材料，其壓電極化方向平行于該二維壓電薄膜所在平面的方向。二維壓電薄膜能夠有效激發聲表面波，并使得激發的聲表面波的波速趨近于基底材料的聲速，減小了聲表面波器件的體積，可用于制備高頻、寬帶、低損、輕便化的聲表面波器件。

技術領域

本公開屬于信號處理電子器件領域，涉及一種基于二維壓電材料薄膜的聲表面波器件。

背景技術

聲表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)器件作為一種聲學技術與電子技術相結合的信號處理電子器件，被廣泛地應用在現代通信系統及傳感領域。工作頻率是聲表面波器件的一個重要性能參數，隨著移動通信等領域的發展，市場上對聲表面波器件頻率的要求越來越高，對高頻、寬帶、低損的聲表面波濾波器的需求越來越迫切。并且，隨著器件微型化、人機交互等的需求，對于柔性器件、輕便化器件的需求也隨著高性能的要求同時提出。

聲表面波器件的工作頻率由聲表面波的波長和聲表面波的波速決定。制備高頻聲表面波器件可以通過減小波長和提高聲速來實現。目前，聲表面波的波長由叉指換能器的叉指電極的指條寬度及指間距決定，叉指換能器指條寬度及指間距一般為微米或納米量級，由于受到微電子加工工藝的限制，指條寬度及指間距難以進一步降低，因此對波長的調控力度有限，一般通過提高聲表面波的波速或尋找具有高聲速的聲表面波模式來提高聲表面波器件的工作頻率。

較常見的方法是，在高聲速基底上制備壓電薄膜，利用基底的高聲速來提高激發的聲表面波的波速，從而制備高頻聲表面波器件。在這種器件結構中，隨著壓電薄膜厚度的逐漸降低，聲表面波的波速逐漸升高，向基底的聲速趨近；但器件的機電耦合系數卻隨壓電薄膜厚度的降低而降低。

目前，聲表面波器件中所用的壓電材料都是基于三維壓電材料的壓電單晶材料、壓電陶瓷材料、壓電薄膜材料，比如石英、氧化鋅、氮化鎵、鈮酸鋰和鉭酸鋰等，而這些三維壓電材料的厚度都較大，無法制備成極薄的壓電薄膜；如果進一步減小三維壓電材料的厚度，對應會產生機電耦合系數小、難以有效地激發聲表面波、以及導致器件性能劣化直至失效等的問題。

因此，迫切需要尋找一類具有較薄厚度的壓電材料的聲表面波器件，同時具備高頻、較高的機電耦合系數、輕便化、甚至柔性等綜合性能，以克服傳統的三維壓電材料在較薄狀態下產生的機電耦合系數小、難以有效激發聲表面波、以及器件性能劣化直至失效等的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種基于二維壓電材料薄膜的聲表面波器件，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種基于二維壓電材料薄膜的聲表面波器件，包括：基底；二維壓電薄膜，位于基底之上；以及電極層，位于二維壓電薄膜之上，包括：叉指換能器及其匹配電路；其中，二維壓電薄膜的材料為具有壓電性的二維材料，該二維壓電薄膜的壓電極化方向平行于二維壓電薄膜所在平面的方向。

在本公開的一些實施例中，二維壓電薄膜的層數為單層或者多層，厚度介于0.1nm～1μm之間；和/或二維壓電薄膜的材料包括如下材料中的一種：二硫化鉬、二硒化鎢、二碲化鉬。

在本公開的一些實施例中，基底的材料為如下材料中的一種：高聲速基底材料，包括：藍寶石、金剛石、類金剛石、碳化硅；常用基底材料，包括：硅片、氧化硅片；透明基底材料；柔性基底材料；以及柔性透明的基底材料。