基于铌酸锂单晶薄膜的声表面波声子晶体

本发明属于声表面波声子晶体，具体而言，涉及一种基于铌酸锂单晶薄膜的声表面波声子晶体。

背景技术：

1、声表面波(saw)在1885年由lord rayleigh首次提出，是一种在具有弹性的固态材料表面传播的机械波。声表面波器件具有传输损耗低、换能简单、器件体积小等优势，现被广泛应用于高频、高速通信系统等领域。声表面波主要包括瑞利(rayleigh)波和勒夫(love)波，现有的声表面波器件大多数是基于瑞利波的。近年来，随着多层压电复合衬底的发展，基于勒夫波的各类高性能saw器件得以实现，并受到了广泛地关注。对比与单晶衬底表面的瑞利波，复合衬底表面所支持的勒夫波可以具有更大的机电耦合系数，有利于超大带宽滤波器的实现；尤其是，若选择高声速材料作为基底层，可以更有效提高声速及品质因子，有利于各类高频、低损耗器件的实现。同时，在液体环境中，瑞利波由于存在垂直于衬底表面的位移分量，传输衰减十分显著；而勒夫波是一种面内剪切波，不存在垂直于衬底表面的位移分量，相较而言具有很低的传输损耗。

2、类似于电子在晶体中具有能带结构，声子晶体是一种可以对声提供类似能带结构的声学材料，其弹性模量和密度在空间中具有周期性。声子晶体的能带具有带隙，这就令其可以对声实现有效的局域。如果可以利用声子晶体实现勒夫波的能带及带隙，将有望解决在连续介质中勒夫波局域的问题，为更微型、更高性能的勒夫波谐振器及滤波器提供方案。在近十年内，一些对勒夫波声子晶体的初步研究显示了这种可能性。但如何制备一种高性能的声表面波器件是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于铌酸锂单晶薄膜的声表面波声子晶体，所述声表面波声子晶体包括基底，附着在基底上的铌酸锂单晶薄膜，所述铌酸锂单晶薄膜上具有微柱或微孔。

2、根据本发明的实施方案，所述基底为高声速材料，所述基底为碳化硅、蓝宝石或金刚石。

3、根据本发明的实施方案，所述铌酸锂单晶薄膜附着在基底上。

4、根据本发明的实施方案，所述铌酸锂单晶薄膜的厚度为0.1～10μm，优选为0.2～6μm，示例性地为0.2μm、0.3μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm。

5、根据本发明的实施方案，所述微柱的材料为铌酸锂、钽酸锂、二氧化硅、氮化硅、铝、铜、金、铂、镍、银、或铌。

6、根据本发明的实施方案，所述微柱的晶格对称性为四方晶格、三角晶格或六方晶格。

7、根据本发明的实施方案，所述微柱的形状为圆柱、棱柱、圆台或棱台。

8、根据本发明的实施方案，所述微柱的高度为0.01～10μm，优选为0.05～6μm，示例性地为0.05μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm。

9、根据本发明的实施方案，所述微柱位于所述铌酸锂单晶薄膜的上方。

10、根据本发明的实施方案，所述微孔存在于铌酸锂单晶薄膜内。

11、根据本发明的实施方案，所述微孔的晶格对称性为四方晶格、三角晶格或六方晶格。

12、根据本发明的实施方案，所述微孔的形状为圆形、三角形、四边形或六边形。

13、根据本发明的实施方案，所述微孔的深度小于或等于铌酸锂单晶薄膜的厚度。

14、本发明还提供上述声表面波声子晶体在基于勒夫波的声表面波谐振器或滤波器中的应用。

15、本发明的有益效果：

16、本发明提供的基于铌酸锂单晶薄膜的声表面波声子晶体具有高达近20％的勒夫波方向带隙，利用本发明的声表面波声子晶体能够实现对勒夫波的高效抑制，从而构筑基于勒夫波的声表面波谐振器及滤波器。在不影响声表面波器件散热及工作带宽的基础上，本发明提供的声表面波声子晶体可以带来更高的品质因子、更低的插入损耗及更小的器件尺寸，这对实现稳定、高性能、小型化的新一代微波声学器件具有重要意义。

技术特征：

1.一种基于铌酸锂单晶薄膜的声表面波声子晶体，其特征在于，所述声表面波声子晶体包括基底，附着在基底上的铌酸锂单晶薄膜，所述铌酸锂单晶薄膜上具有微柱或微孔。

2.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述基底为高声速材料，所述基底为碳化硅、蓝宝石或金刚石。

3.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述铌酸锂单晶薄膜的厚度为0.1～10μm。

4.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述微柱的材料为铌酸锂、钽酸锂、二氧化硅、氮化硅、铝、铜、金、铂、镍、银、或铌；

5.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述微柱的高度为0.01～10μm。

6.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述微柱位于所述铌酸锂单晶薄膜的上方。

7.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述微孔存在于铌酸锂单晶薄膜内。

8.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述微孔的晶格对称性为四方晶格、三角晶格或六方晶格。

9.根据权利要求1所述的声表面波声子晶体，其特征在于，所述微孔的深度小于或等于铌酸锂单晶薄膜的厚度。

10.权利要求1-9任一项所述的声表面波声子晶体在基于勒夫波的声表面波谐振器或滤波器中的应用。

技术总结
本发明公开一种基于铌酸锂单晶薄膜的声表面波声子晶体，所述声表面波声子晶体包括基底，附着在基底上的铌酸锂单晶薄膜，所述铌酸锂单晶薄膜上具有微柱或微孔。本发明提供的基于铌酸锂单晶薄膜的声表面波声子晶体具有高达近20％的勒夫波方向带隙，利用本发明的声表面波声子晶体能够实现对勒夫波的高效抑制，从而构筑基于勒夫波的声表面波谐振器及滤波器。在不影响声表面波器件散热及工作带宽的基础上，本发明提供的声表面波声子晶体可以带来更高的品质因子、更低的插入损耗及更小的器件尺寸，这对实现稳定、高性能、小型化的新一代微波声学器件具有重要意义。

技术研发人员：余思远,陈华洋,王永,陈延峰
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12