[发明专利]基于二维压电材料薄膜的声表面波器件

说明书

本发明公开了一种基于二维压电材料薄膜的声表面波器件，包括：基底；二维压电薄膜，位于基底之上；电极层，位于二维压电薄膜之上或者位于基底与二维压电薄膜之间，包括：叉指换能器及其匹配电路；其中，二维压电薄膜的材料为具有压电性的二维材料，其压电极化方向平行于该二维压电薄膜所在平面的方向。二维压电薄膜能够有效激发声表面波，并使得激发的声表面波的波速趋近于基底材料的声速，减小了声表面波器件的体积，可用于制备高频、宽带、低损、轻便化的声表面波器件。

技术领域

本公开属于信号处理电子器件领域，涉及一种基于二维压电材料薄膜的声表面波器件。

背景技术

声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)器件作为一种声学技术与电子技术相结合的信号处理电子器件，被广泛地应用在现代通信系统及传感领域。工作频率是声表面波器件的一个重要性能参数，随着移动通信等领域的发展，市场上对声表面波器件频率的要求越来越高，对高频、宽带、低损的声表面波滤波器的需求越来越迫切。并且，随着器件微型化、人机交互等的需求，对于柔性器件、轻便化器件的需求也随着高性能的要求同时提出。

声表面波器件的工作频率由声表面波的波长和声表面波的波速决定。制备高频声表面波器件可以通过减小波长和提高声速来实现。目前，声表面波的波长由叉指换能器的叉指电极的指条宽度及指间距决定，叉指换能器指条宽度及指间距一般为微米或纳米量级，由于受到微电子加工工艺的限制，指条宽度及指间距难以进一步降低，因此对波长的调控力度有限，一般通过提高声表面波的波速或寻找具有高声速的声表面波模式来提高声表面波器件的工作频率。

较常见的方法是，在高声速基底上制备压电薄膜，利用基底的高声速来提高激发的声表面波的波速，从而制备高频声表面波器件。在这种器件结构中，随着压电薄膜厚度的逐渐降低，声表面波的波速逐渐升高，向基底的声速趋近；但器件的机电耦合系数却随压电薄膜厚度的降低而降低。

目前，声表面波器件中所用的压电材料都是基于三维压电材料的压电单晶材料、压电陶瓷材料、压电薄膜材料，比如石英、氧化锌、氮化镓、铌酸锂和钽酸锂等，而这些三维压电材料的厚度都较大，无法制备成极薄的压电薄膜；如果进一步减小三维压电材料的厚度，对应会产生机电耦合系数小、难以有效地激发声表面波、以及导致器件性能劣化直至失效等的问题。

因此，迫切需要寻找一类具有较薄厚度的压电材料的声表面波器件，同时具备高频、较高的机电耦合系数、轻便化、甚至柔性等综合性能，以克服传统的三维压电材料在较薄状态下产生的机电耦合系数小、难以有效激发声表面波、以及器件性能劣化直至失效等的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于二维压电材料薄膜的声表面波器件，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于二维压电材料薄膜的声表面波器件，包括：基底；二维压电薄膜，位于基底之上；以及电极层，位于二维压电薄膜之上，包括：叉指换能器及其匹配电路；其中，二维压电薄膜的材料为具有压电性的二维材料，该二维压电薄膜的压电极化方向平行于二维压电薄膜所在平面的方向。

在本公开的一些实施例中，二维压电薄膜的层数为单层或者多层，厚度介于0.1nm～1μm之间；和/或二维压电薄膜的材料包括如下材料中的一种：二硫化钼、二硒化钨、二碲化钼。

在本公开的一些实施例中，基底的材料为如下材料中的一种：高声速基底材料，包括：蓝宝石、金刚石、类金刚石、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。