阅读说明：本技术 一种背硅刻蚀型剪切波滤波器及其制备方法 (Back silicon etching type shear wave filter and preparation method thereof ) 是由 李国强 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种背硅刻蚀型剪切波滤波器及其制备方法,该滤波器包括：硅衬底、压电材料层以及顶部电极,所述顶部电极采用石墨烯制成；所述压电材料层覆盖在所述硅衬底上,所述硅衬底设有凹槽以使所述压电材料层位于所述凹槽处的下表面能够与空气接触,所述顶部电极设置在所述压电材料层的上表面。该背硅刻蚀型剪切波滤波器采用石墨烯作为顶部电极,可以极大地减小滤波器的电学损耗以及插入损耗。(The invention discloses a back silicon etching type shear wave filter and a preparation method thereof, wherein the filter comprises: the piezoelectric device comprises a silicon substrate, a piezoelectric material layer and a top electrode, wherein the top electrode is made of graphene; the piezoelectric material layer covers the silicon substrate, the silicon substrate is provided with a groove so that the lower surface, located at the groove, of the piezoelectric material layer can be in contact with air, and the top electrode is arranged on the upper surface of the piezoelectric material layer. According to the back silicon etching type shear wave filter, graphene is used as a top electrode, so that the electrical loss and the insertion loss of the filter can be greatly reduced.)

一种背硅刻蚀型剪切波滤波器及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜体声波滤波器技术领域，尤其涉及一种背硅刻蚀型剪切波滤波器及其制备方法。

背景技术

薄膜体声波滤波器可以将外加电场转换为声场，因此与介质滤波器相比，薄膜体声波滤波器具有更小的体积。目前常用的压电材料主要有AlN、ZnO、LiNiO₃、LiTaO₃等。由于AlN中的声波传播速率较大，而且制备方法较为简单，因此目前AlN薄膜体声波滤波器已经大规模应用于手机射频器件。但是，目前薄膜体声波滤波器通常使用金属材料做为电极，如金属钼、铝等，导致现有的薄膜体声波滤波器的电学损耗较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种背硅刻蚀型剪切波滤波器，其采用石墨烯作为顶部电极，可以极大地减小滤波器的电学损耗以及***损耗。

本发明的目的之二在于提供一种背硅刻蚀型剪切波滤波器的制备方法，其采用石墨烯作为滤波器的顶部电极，所制备得到的滤波器可以极大地减小滤波器的电学损耗以及***损耗。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种背硅刻蚀型剪切波滤波器，包括：硅衬底、压电材料层以及顶部电极，所述顶部电极采用石墨烯制成；所述压电材料层覆盖在所述硅衬底上，所述硅衬底设有凹槽以使所述压电材料层位于所述凹槽处的下表面能够与空气接触，所述顶部电极设置在所述压电材料层的上表面。

进一步地，所述顶部电极为正负电极交替排列的叉指电极。

进一步地，所述顶部电极的石墨烯层数为1至100层。

进一步地，所述顶部电极的相邻叉指的间距为100nm至5μm；所述顶部电极的叉指的宽度为500nm至3μm，所述顶部电极的叉指的长度为48μm至300μm。

进一步地，所述压电材料层的厚度为100nm至5μm。

进一步地，所述压电材料层采用ZnO、PZT、AlN或铌酸锂制成。

进一步地，所述顶部电极表面沉积有氮化铝材料。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种背硅刻蚀型剪切波滤波器的制备方法，包括以下步骤：

清洗硅衬底并对所述硅衬底进行干燥处理；

利用离子注入及键合的方式在所述硅衬底上涂敷压电材料层；

采用石墨烯制作叉指电极，并将所述叉指电极设置在所述压电材料层表面；

通过等离子体刻蚀法在所述硅衬底背面刻蚀凹槽以使所述压电材料层位于所述凹槽处的下表面能够与空气接触。

进一步地，所述采用石墨烯制作叉指电极，并将所述叉指电极设置在所述压电材料层表面具体为：

通过化学气相沉积法在一金属衬底上沉积单层石墨烯，并在石墨烯表面旋涂掩模材料，从而通过等离子体刻蚀法对石墨烯刻蚀处理以形成叉指电极，在经过刻蚀处理后的石墨烯表面旋涂PMMA，然后利用金属刻蚀溶液腐蚀掉金属衬底；

将石墨烯未旋涂有PMMA的一面设置在压电材料层表面，然后利用有机溶剂溶解PMMA。

进一步地，在溶解了PMMA之后，还包括步骤：在由石墨烯构成的叉指电极的表面沉积氮化铝材料。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

该背硅刻蚀型剪切波滤波器采用石墨烯作为顶部电极，可以极大地减小滤波器的电学损耗，进而提高滤波器的品质因数，降低滤波器的***损耗。

附图说明

图1为本发明提供的一种背硅刻蚀型剪切波滤波器的结构示意图。

图中：10、硅衬底；20、压电材料层；30、顶部电极；40、凹槽。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1，一种背硅刻蚀型剪切波滤波器，包括：硅衬底10、压电材料层20以及顶部电极30，所述顶部电极30采用石墨烯制成；所述压电材料层20覆盖在所述硅衬底10上，所述硅衬底10设有凹槽40以使所述压电材料层20位于所述凹槽40处的下表面能够与空气接触，所述顶部电极30设置在所述压电材料层20的上表面；所述硅衬底10为单面抛光高阻硅晶圆。

石墨烯作为一种新型的零带隙二维材料，具有优异的电学性能和热学性能，电阻率只有10^-8Ω/cm，是目前已知电导率最高的材料。该背硅刻蚀型剪切波滤波器采用石墨烯作为顶部电极30，可以极大地减小滤波器的电学损耗，从而提高滤波器的品质因数，进而可以降低滤波器的***损耗。

作为一种优选的实施方式，所述顶部电极30为正负电极交替排列的叉指电极。具体地，所述顶部电极30的石墨烯层数可以为1至100层；所述顶部电极30的相邻叉指的间距为100nm至5μm；所述顶部电极30的叉指的宽度为500nm至3μm，所述顶部电极30的叉指的长度为48μm至300μm。所述压电材料层20的厚度为100nm至5μm；所述压电材料层20采用ZnO、PZT、AlN或铌酸锂制成。

作为一种优选的实施方式，所述顶部电极30表面沉积有氮化铝材料，此处氮化铝用来调整谐振器的频率。

本发明还提供了一种背硅刻蚀型剪切波滤波器的制备方法，包括以下步骤：

清洗硅衬底并对所述硅衬底进行干燥处理；

利用离子注入及键合的方式在所述硅衬底上涂敷压电材料层；

采用石墨烯制作叉指电极，并将所述叉指电极设置在所述压电材料层表面；

通过等离子体刻蚀法在所述硅衬底背面刻蚀凹槽以使所述压电材料层位于所述凹槽处的下表面能够与空气接触。

作为一种优选的实施方式，所述采用石墨烯制作叉指电极，并将所述叉指电极设置在所述压电材料层表面具体为：

通过化学气相沉积法在一金属衬底(采用铜衬底)上沉积单层石墨烯，并在石墨烯表面旋涂掩模材料，从而通过等离子体刻蚀法对石墨烯刻蚀处理以形成叉指电极，在经过刻蚀处理后的石墨烯表面旋涂PMMA，然后利用金属刻蚀溶液(铜刻蚀溶液)腐蚀掉金属衬底；

利用湿法转移的方式，将石墨烯未旋涂有PMMA的一面设置在压电材料层表面，然后利用有机溶剂溶解PMMA。

作为一种优选的实施方式，在溶解了PMMA之后，还包括步骤：在由石墨烯构成的叉指电极的表面沉积氮化铝材料，此处氮化铝用来调整谐振器的频率。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。