[發(fā)明專利]類石墨烯結構的超高頻諧振器

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• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112350683A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 孫成亮;羅天成;周杰;鄒楊;高超;謝英;徐沁文
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/13;H03H9/17
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡甜甜

本發(fā)明公開了一種類石墨烯結構的超高頻諧振器，具體指一種可以提高諧振器機電耦合系數(shù)的超高頻諧振器結構，該諧振器在壓電材料上表面部布置有類石墨烯結構分布的正負電極，每個電極被三個相異極性的電極環(huán)繞，進而形成三個方向的電場分布。該諧振器結構能夠有效的提高諧振器的諧振頻率和機電耦合系數(shù)。

技術領域

本發(fā)明涉及諧振器技術領域，具體涉及一種類石墨烯結構的超高頻諧振器。

背景技術

隨著5G時代的到來，對多頻段高頻濾波器的需求急劇增加。這對壓電諧振器的性能提出了更高的要求。眾所周知，聲表面波(SAW)諧振器早期廣泛應用于射頻前端，但由于其相速度低、光刻存在限制等原因，在高頻段很難保持優(yōu)良的性能。體波諧振器(BAW)由于其插入損耗低、功率處理能力好而被廣泛應用于高頻市場。特別是其中的薄膜體聲波諧振器(FBAR)，具有高品質因數(shù)(Q)和高有效機電耦合系數(shù)然而，F(xiàn)BAR的諧振頻率是由壓電薄膜的厚度決定的，因此很難在單片晶圓上實現(xiàn)多頻段集成。蘭姆波諧振器(LWR)的提出，可以突破SAW所面對的頻率限制。通過調節(jié)叉指的間距可以獲得不同頻率的蘭姆波諧振器，從而實現(xiàn)同一晶圓的調頻。

傳統(tǒng)的一維蘭姆波諧振器是三明治結構，上下電極采用叉指結構，中間為壓電材料層，叉指間距一般為一個波長，橫向激發(fā)出零階對稱模態(tài)。二維蘭姆波諧振器的振動是橫向激發(fā)與厚度方向激發(fā)的耦合，這種特性能在一定程度上提升蘭姆波諧振器的有效機電耦合系數(shù)以及品質因數(shù)。但蘭姆波諧振器復雜的結構和較低的品質因數(shù)和機電耦合系數(shù)是限制其商業(yè)化的主要原因。

發(fā)明內容

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種可以提高諧振器機電耦合系數(shù)、實現(xiàn)超高頻率的類石墨烯結構的超高頻諧振器；

本發(fā)明提供的一種可以提高諧振器機電耦合系數(shù)、實現(xiàn)超高頻率的二維諧振器結構，即一種一種類石墨烯結構的超高頻諧振器，其特征在于：包括壓電層和諧振器；所述諧振器在壓電材料上部布置有若干類石墨烯結構分布的正、負電極，各正負電極電極大小相等，形狀一致，且相鄰兩個電極之間的距離相等；每個正電極緊鄰三個負電極，每個負電極緊鄰三個正電極，每三個相鄰正電極和三個相鄰負電極共同構成正六邊形，六個電極即為正六邊形的六個頂點，多個正六邊形在壓電材料表面共同形成類石墨烯結構。

作為優(yōu)選方案，所述壓電層的材料為氮化鋁、氧化鋅、鈮酸鋰、PZT和鈮酸鋇鈉中的任一種或多種組合。

進一步地，所述壓電材料的形狀為圓形、橢圓形和多邊形中的任一種或多種組合。

更進一步地，所述正、負電極形狀為圓形、橢圓形、多邊形中的一種或多種組合。

更進一步地，所述電極材料為鉬、鉑、金、銀、鋁、鎢、鈦、釕、銅和鉻中的任一種或多種組合。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：

本發(fā)明在諧振器壓電材料上部布置有類石墨烯結構分布的正負電極，各電極大小相等，形狀一致，且相鄰兩個電極之間的距離相等，每個正電極緊鄰三個負電極，每個負電極緊鄰三個正電極；每個電極被三個相異極性的電極環(huán)繞，進而形成三個方向的電場分布，進一步提升了諧振器的有效機電耦合系數(shù)以及品質因數(shù)。

相對于傳統(tǒng)的已有的諧振器結構，本發(fā)明的優(yōu)點在于可以達到很高的諧振頻率，且在很高的諧振頻率下?lián)碛袑崿F(xiàn)高機電耦合系數(shù)，超高頻且高機電耦合系數(shù)對后續(xù)搭建濾波器的性能起了決定的性能，本發(fā)明結構的可行，意味著可以突破5GHz，實現(xiàn)更高頻更高性能的芯片。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一中涉及的類石墨烯結構的超高頻諧振器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一中涉及的類石墨烯結構的超高頻諧振器的俯視圖；

圖3為本發(fā)明實施例二中涉及的類石墨烯結構的超高頻諧振器的結構示意圖；