CN109883984A - 一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，包括以下步骤：一、不同尺度的微纳声学器件的制作；二、不同尺度的微纳声学器件的参数测试；三、不同尺度的微纳声学器件宏观声学理论计算值的获取及参数相对误差获取；四、宏观声学理论失效判断及微观分子动力学理论对纳米尺度声学器件参数计算。本发明步骤简单，在4nm～4000nm的宽尺度范围内研究纳米声学效应，并对制作的不同尺度的微纳声学器件的参数进行测试，获取宏观声学理论失效时微纳声学器件所对应的失效波长阈值，且将在4nm～失效波长阈值范围内，采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，便于高频化和集成化纳米尺度声学器件设计。

Description

一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法

技术领域

本发明属于纳米声学效应研究技术领域，尤其是涉及一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法。

背景技术

近年来，高频叉指电极激励的声学器件在数字移动通信高频系统中得到了广泛应用。随着无线电通信频带资源的日益紧张，对于高频(2.5GHz-1000GHz)叉指电极激励的声学器件的研制迫在眉睫。但是对于如石英、氧化锌、铌酸锂等常规叉指电极激励的声学器件材料，声表面波相速较低，低于4000m/s，用其制作中心频率为2.5GHz以上的叉指电极激励的声学器件，其叉指换能器(IDT)指宽就必须小于0.4μm，当中心频率提升到5GHz时，对应的IDT指宽就必须小于0.2μm，而且随着IDT指宽的减小，在生产中会遇到断指严重、可靠性差、成品率低、成本高昂等各种问题，从而严重制约了叉指电极激励的声学器件频率的进一步提高。因此，如何有效提高声表面波器件的中心频率、减小器件的插入损耗、实现器件的高频化与微型化成为研究热点。

在高频化、微型化的发展过程中，器件尺度在达到亚微米、纳米量级后，其小尺度效应、表面效应、量子隧穿效应显著。在4nm～4000nm的宽尺度范围内研究纳米声学效应，当器件的尺寸从几百个纳米缩小到几个纳米范围内，宏观声学理论以及由宏观声学理论所衍生的理论建模方法存在失效效应，此时宏观声学理论无法准确对纳米尺度声学器件的设计进行理论指导。同时，运用分子动力学的微观理论方法，通过对微观材料表现出来的特征转化来获取设计器件的参数性质，使得所制备的器件在宏观声学理论失效区域所表现微观性质得到解释，从而为整个纳米尺度下器件的设计提供一套完整的理论指导，也实现了在较宽尺度范围内纳米声学效应的研究

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其方法步骤简单，设计合理且实现方便，在4nm～4000nm的宽范围内研究纳米声学效应，制作出不同尺度的微纳声学器件，并对制作的不同尺度的微纳声学器件的参数进行测试，获取不同尺度的微纳声学器件的参数测量值，并通过宏观声学理论计算获取不同尺度的微纳声学器件的计算值，通过对不同尺度的微纳声学器件的参数测量值与不同尺度的微纳声学器件的计算值分析，获取宏观声学理论失效时微纳声学器件所对应的失效波长阈值，且将声表面波波长的取值在4nm～失效波长阈值范围内的纳米尺度声学器件，采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，确保纳米尺度声学器件的参数获取准确，便于解释纳米声学效应，进一步指导高频化纳米尺度声学器件设计。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、不同尺度的微纳声学器件的制作，具体过程如下：

步骤101、设定声表面波波长的取值范围为(40nm～4000nm]，制作各个声表面波波长所对应的叉指电极激励的声学器件，所述叉指电极激励的声学器件包括压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件和压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件，设定第r个叉指电极激励的声学器件所对应的声表面波波长为λ_r，r为正整数，且1≤r≤N_s，N_s表示叉指电极激励的声学器件的总数，则对第r个叉指电极激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：

步骤A、叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A1、压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A11、选择半导体基底，放置在真空度为10^-4Pa的真空腔内，采用磁控溅射法在所述半导体基底上生长第一导波缓冲层；之后，采用磁控溅射法在所述第一导波缓冲层上生长压电薄膜层；其中，所述半导体基底的材质为Si、Ge、GaN或者GaAs，第一导波缓冲层的材质为金刚石、SiO₂、Si₃N₄或者SiC，所述压电薄膜层的材质为ZnO、AlN、Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃、CdS、LiNbO₃、PbTiO₃或者PMnN-PZT，半导体基底的厚度大于100μm，采用磁控溅射法时生长温度为400℃～600℃，压电薄膜层的厚度设计值h_s＝0.5λ_r，第一导波缓冲层的厚度设计值为0.5λ_r，采用磁控溅射法时靶基距的取值范围为12cm～17cm；

步骤A12、对生长的压电薄膜层进行分析判断，直至生长的压电薄膜层合格；

步骤A13、采用热蒸发镀膜方法在生长合格的压电薄膜层上生长金属电极薄膜层；之后，对金属电极薄膜层进行光刻处理或者电子束直写处理，得到两组叉指电极，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，所述叉指电极的材质为Al、Pt、Au或者Mo，叉指电极的对数为30对，两组叉指电极沿压电薄膜层表面长度方向的中心对称布设，所述金属电极薄膜层的厚度和叉指电极的厚度均为0.25λ_r，叉指电极的宽度为0.25λ_r，待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离d_y为10λ_r，且薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域没有生长压电薄膜层；

当叉指电极的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理；当叉指电极的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，得到两组叉指电极；

步骤A14、采用引线键合设备对步骤A13中得到的待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；

步骤A2、压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A21、选择压电单晶基底；其中，压电单晶基底的厚度大于100μm，压电单晶基底的材料为石英、LiNbO₃、LiTaO₃、Li₂B₄O₇或者La₃Ga₅SiO₁₄；

步骤A22、按照步骤A13所述的方法，在压电单晶基底上形成两组叉指电极，并采用步骤A11中所述磁控溅射法在所述压电单晶基底上生长第二导波缓冲层，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，叉指电极的对数为30对，两组叉指电极沿压电单晶基底表面长度方向的中心对称布设；所述第二导波缓冲层位于待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域；

步骤A23、采用引线键合设备对步骤A22中得到的待封装压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件；

步骤B、多次重复步骤A，制作不同尺度的叉指电极激励的声学器件；其中，所述第r个叉指电极激励的声学器件具有四个引脚分别为输入引脚、第一接地引脚、输出引脚和第二接地引脚，r是将各个叉指电极激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤102、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，制作各个声表面波波长所对应的分子束激励的声学器件，所述分子束激励的声学器件包括压电薄膜结构的分子束激励的声学器件和压电单晶基底的分子束激励的声学器件；设定第r′个分子束激励的声学器件所对应的声表面波波长为λ_r″，r′为正整数，且N_s+1≤r′≤N_s″，N_s″表示叉指电极激励的声学器件和分子束激励的声学器件的总数，N_s″-N_s+1表示分子束激励的声学器件的总数，则对第r′个分子束激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：

步骤A01、分子束激励的声学器件的制作：

步骤A011、压电薄膜结构的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A11至步骤A13所述的方法，制作压电薄膜结构的分子束激励的声学器件；其中，压电薄膜结构的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极；

步骤A012、压电单晶基底的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A21至步骤A22所述的方法，制作压电单晶基底的分子束激励的声学器件；其中，压电单晶基底的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极；

步骤B01、多次重复步骤A01，制作不同尺度的分子束激励的声学器件；其中，r′是将各个分子束激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤二、不同尺度的微纳声学器件的参数测试：

步骤201、采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，获取第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值F_r、第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值S_r和第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值K_r；

步骤202、采用太赫兹时域光谱分析仪对第r′个分子束激励的声学器件的参数进行测试，获取第r′个分子束激励的声学器件的中心频率测量值F_r′、第r′个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值S_r′和第r′个分子束激励的声学器件的带宽测量值K_r′；

步骤三、不同尺度的微纳声学器件宏观声学理论计算值的获取及参数相对误差获取：

步骤301、在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处边界条件为应力连续和电势连续，且在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处所在平面的法线方向电位移不连续条件下，采用基于压电介质的耦合波动方程的有限元-边界元法，获取第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数；计算机调取COM模型，并输入第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数，根据COM模型得到第r个叉指电极激励的声学器件的输出端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输入导纳Y₁₁、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出导纳Y₂₂、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出端到第r个叉指电极激励的声学器件的输入端的转移导纳Y₁₂；

步骤302、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的正向传输系数S₂₁；其中，Z₁表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗匹配，Z₂表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗匹配，且Z₁＝Z₂＝50欧姆,R₁表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗实部，R₂表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗实部，且R₁＝R₂＝50欧姆；

步骤303、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值

步骤304、采用计算机给第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7F_g,r～1.3F_g,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7F_g,r以步进f_bj至1.3F_g,r扫频，并多次重复步骤301至步骤303，获取不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值其中，变频正弦波激励信号的幅值范围为1伏～5伏，步进f_bj的取值为100kHz；

步骤305、采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线；

步骤306、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率计算值并记作第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值C_r′^hj，第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值C_r′^hj-3dB所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽计算值

步骤307、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差ΔF_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的带宽相对误差ΔK_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗相对误差ΔC_r；

步骤308、在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极，得到第r′个等效的叉指电极激励的声学器件；其中，第r′个等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；重复步骤301至步骤307，获取与第r′个等效的叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；

步骤309、将N_s个叉指电极激励的声学器件和N_s″-N_s+1个等效的叉指电极激励的声学器件称作微纳声学器件，获取微纳声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；其中，r″为正整数，1≤r″≤N_s″，r″是将各个微纳声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤四、宏观声学理论失效判断及微观分子动力学理论对纳米尺度声学器件参数计算：

采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长为横坐标，以中心频率相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与频率相对误差曲线图；采用计算机判断当|ΔF_r″|＜|ΔF_r″+1|＜|ΔF_r″+2|＜|ΔF_r″+3|＜|ΔF_r″+4|，且3％＜|ΔF_r″|＜|ΔF_r″+1|＜|ΔF_r″+2|＜|ΔF_r″+3|＜|ΔF_r″+4|成立时，则中心频率相对误差绝对值|ΔF_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔF_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，r″+1、r″+2、r″+3和r″+4均为正整数，且r″+1、r″+2、r″+3和r″+4的取值均在1～N_s″范围内；

或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以带宽相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与带宽相对误差曲线图；采用计算机判断当|ΔK_r″|＜|ΔK_r″+1|＜|ΔK_r″+2|＜|ΔK_r″+3|＜|ΔK_r″+4|，且3％＜|ΔK_r″|＜|ΔK_r″+1|＜|ΔK_r″+2|＜|ΔK_r″+3|＜|ΔK_r″+4|成立时，则带宽相对误差绝对值|ΔK_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔK_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值；

或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以插入损耗相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与插入损耗相对误差绝对值曲线图；采用计算机判断当|ΔC_r″|＜|ΔC_r″+1|＜|ΔC_r″+2|＜|ΔC_r″+3|＜|ΔC_r″+4|，且3％＜|ΔC_r″|＜|ΔC_r″+1|＜|ΔC_r″+2|＜|ΔC_r″+3|＜|ΔC_r″+4|成立时，则插入损耗相对误差绝对值|ΔC_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔC_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值；

之后，将声表面波波长的取值在4nm～λ_sy范围的微纳声学器件称为纳米尺度声学器件，则采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数。

上述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤A12中对生长的压电薄膜层进行分析判断，具体过程如下：

步骤A121、采用FR-Monitor膜厚仪对生长的压电薄膜层的厚度进行测量，获取生长的压电薄膜层的测量厚度并记作h_c，并将压电薄膜层的测量厚度h_c和压电薄膜层的厚度设计值h_s进行比较，当时，说明生成的压电薄膜层厚度参数合格，执行步骤1022；否则，当时，说明生成的压电薄膜层不合格，重复步骤A11；

步骤A122、采用Bruker D8ADVANCE型X射线衍射仪对生长的压电薄膜层进行X射线衍射，获取以衍射角为横坐标，以压电薄膜层衍射峰相对强度为纵坐标的压电薄膜层的X射线衍射谱测量图，并将压电薄膜层的X射线衍射谱测量图与压电薄膜层所含标准PDF卡片进行对比，将压电薄膜层的X射线衍射谱测量图中峰值所对应的衍射角记作J_c，将压电薄膜层所含标准PDF卡片中峰值所对应的衍射角记作J_s，当时，说明生成的压电薄膜层衍射角合格，执行步骤A123；否则，当时，说明生成的压电薄膜层不合格，重复步骤A11；

步骤A123、采用Thermo Fisher ESCALAB Xi+型X射线光电子能谱分析仪对生长的压电薄膜层元素进行测量，获取以元素的结合能为横坐标，以元素的相对强度为纵坐标的压电薄膜层的光电子能谱图，并根据压电薄膜层的光电子能谱图获取压电薄膜层所含元素和杂质元素，并获取压电薄膜层所含元素的相对强度和压电薄膜层杂质元素的相对强度，当压电薄膜层中任一杂质元素的相对强度小于压电薄膜层所含任一元素的相对强度的1％，说明生成的压电薄膜层所含元素合格，执行步骤A124；否则，重复步骤A11；

步骤A124、采用本原CSPM5500型原子力显微镜对生长的压电薄膜层的表面粗糙度进行测量，获取生长的压电薄膜层的表面粗糙度并记作C_c，并将压电薄膜层的表面粗糙度C_c和压电薄膜层的厚度设计值h_s进行比较，当C_c≤5％h_s时，说明生成的压电薄膜层表面粗糙度合格，执行步骤A125；否则，当C_c＞5％h_s时，说明生成的压电薄膜层不合格，重复步骤A11；

步骤A125、采用压电响应力显微镜对生长的压电薄膜层的压电常数进行测量，获取生长的压电薄膜层的压电常数并记作Y_c，并将压电薄膜层的压电常数和压电薄膜层所需的压电常数最小值10^-12进行比较，当Y_c＞10^-12时，说明生成的压电薄膜层压电常数合格，则说明生成的压电薄膜层；否则，当Y_c≤10^-12时，说明生成的压电薄膜层不合格，重复步骤A11；其中，压电薄膜层的压电常数的单位为C/N。

上述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤一中叉指电极激励的声学器件制作，之前，需要对半导体基底或者压电单晶基底进行清洗，具体过程如下：

步骤A-1、采用浓硫酸与双氧水混合清洗溶液在温度为110℃～120℃条件下，对半导体基底或者压电单晶基底清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过浓硫酸与双氧水混合清洗溶液清洗的半导体基底或者压电单晶基底清洗10分钟～15分钟，完成一次清洗；其中，浓硫酸的体积浓度为95％～98％，浓硫酸和双氧水的体积比为4:1；

步骤B-1、采用氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液在温度为70℃～80℃条件下，对一次清洗后的半导体基底或者压电单晶基底清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底或者压电单晶基底清洗10分钟～15分钟，完成二次清洗；其中，氨水的体积浓度为25％～28％，氨水、双氧水和去离子水的体积比为1:1:4；

步骤C-1、采用浓盐酸、双氧水和去离子混合清洗溶液在温度为70℃～80℃条件下，对二次清洗后的半导体基底或者压电单晶基底清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过浓盐酸、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底或者压电单晶基底清洗10分钟～15分钟，完成三次清洗；其中，浓盐酸的体积浓度为36％～38％，浓盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1:1:5；

步骤D-1、将三次清洗后的半导体基底或者压电单晶基底放入体积浓度为99％的丙酮溶液，在室温下超声洗涤10分钟～15分钟，再用氮气枪吹干，完成四次清洗；

步骤E-1、将四次清洗后的半导体基底或者压电单晶基底放入体积浓度为99％的乙醇溶液，在室温下超声洗涤10分钟～15分钟，再用氮气枪吹干，完成五次清洗。

上述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤A11采用磁控溅射法生长第一导波缓冲层或者压电薄膜层时，根据公式h_s′＝0.03066P+499.233t-1.5329生长第一导波缓冲层或者压电薄膜层；其中，P表示溅射功率，单位为W，t表示溅射时间，单位为h，溅射功率P的取值范围为70W～150W，溅射时间t的取值范围为1/360h～4h，h_s′表示采用磁控溅射法时薄膜生长厚度参数。

上述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：当步骤A13中当叉指电极的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理，具体过程如下：

步骤A131、采用旋涂法将光刻胶涂敷在金属电极薄膜层表面，形成光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘焙温度为80℃～100℃下进行烘焙15min～20min；其中，旋转速度为2500r/min～3500r/min，光刻胶层的厚度为200nm～500nm；

步骤A132、在光刻胶层上放置掩膜版，并采用紫外曝光对光刻胶层进行曝光处理；之后，采用体积浓度为99％丙酮溶液对光刻胶层进行显影处理；其中，曝光功率为80W～100W，曝光时间为10s～15s，显影时间为50s～60s；

步骤A133、显影处理后，对光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，光刻胶层的坚膜温度为170℃～200℃，光刻胶层的坚膜时间为15min～20min；

步骤A134、采用湿法刻蚀方法按照叉指图形对金属电极薄膜层进行刻蚀，图形转移完成后，采用体积浓度为99％的丙酮溶液除去残余光刻胶，得到两组叉指电极，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；

当叉指电极的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，具体过程如下：

步骤A13-1、当制作压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电薄膜层表面，形成电子束光刻胶层；当制作压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电单晶基底表面，形成电子束光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘热温度为150℃～180℃下进行烘热20min～30min；其中，所述匀胶机的转速为3000r/min～6000r/min，所述电子束光刻胶层的厚度为50nm～100nm；

步骤A13-2、采用电子束曝光机对电子束光刻胶层进行电子光束曝光，并将叉指电极转移到电子束光刻胶层；之后，采用甲基异丁基甲酮、异丙醇和水体积比为7:2:1的显影溶液对电子束光刻胶层进行显影处理；其中，电子束曝光的电子能量为10KeV～100KeV，电子束流为1nA～15nA，显影时间为10s～30s；

步骤A13-3、显影处理后用氮气吹干，之后，采用体积浓度为99％异丙醇溶液对电子束光刻胶层进行定影处理；其中，定影时间为10s～30s；

步骤A13-4、对电子束光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，电子束光刻胶层的坚膜温度为150℃～180℃，电子束光刻胶层的坚膜时间为20min～30min；

步骤A13-5、在步骤A13-4中得到的叉指图形上，采用热蒸发镀膜方法沉积金属电极薄膜层；之后，放入体积浓度为99％的丙酮溶液中进行去胶并剥离处理，获得两组叉指电极；其中，热蒸发镀膜的真空度小于10^-4Pa，热蒸发镀膜的温度为600℃～1000℃，热蒸发镀膜的时间为5s～2h。

上述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤一中不同尺度叉指电极激励的声学器件的获取，具体过程如下：

步骤10-1、将声表面波波长的取值范围为(40nm～4000nm]，并将声表面波波长划分为40nm＜λ^b≤400nm和400nm＜λ^c≤4000nm两个声表面波波长区间；λ^b表示声表面波波长在(40nm～400nm]范围中任一声表面波波长，λ^c表示声表面波波长在(400nm～4000nm]范围中任一声表面波波长；

步骤10-2、当400nm＜λ^c≤4000nm时，根据获取第i″个叉指电极激励的声学器件和第i″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，i″和i″-1均为正整数，且i″和i″-1的取值均在1～18的范围内；

步骤10-3、当40nm＜λ^b≤400nm时，根据获取第j″个叉指电极激励的声学器件和第j″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，j″和j″-1均为正整数，且j″和j″-1的取值均在19～36的范围内，N_s＝36；

步骤10-4、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，则4nm≤λ^a≤40nm，其中，λ^a表示声表面波波长在[4nm～40nm]范围中任一声表面波波长；

根据获取第e′个叉指电极激励的声学器件和第e′-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，e′和e′-1均为正整数，且e′和e′-1的取值均在37～46的范围内，且N_s″＝46。

上述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤201中采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：

步骤2011、将所述矢量网络分析仪的输出测试端口通过输出导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚连接，将矢量网络分析仪的输入测试端口通过输入导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚连接，第r个叉指电极激励的声学器件的第一接地引脚和第二接地引脚均与所述矢量网络分析仪的接地端口连接；

步骤2012、操作所述矢量网络分析仪，使所述矢量网络分析仪的输出测试端口对第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7F_g,r～1.3F_g,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7F_g,r以步进f_bj至1.3F_g,r扫频，同时所述矢量网络分析仪的输入测试端口获取扫频过程中施加变频正弦波激励信号时第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚的响应信号；

步骤2013、根据公式得到不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r，V_s表示变频正弦波激励信号的幅值，V_f表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚在不同频率正弦波激励信号下的响应信号的幅值；

步骤2014、将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r输入计算机，并采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线；

步骤2015、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值F_r，第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值C_r，第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值C_r-3dB所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值K_r。

上述一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤202中采用太赫兹时域光谱分析仪对第r个分子束激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：

步骤2021、根据公式得到第r′个分子束激励的声学器件所需单位面积激励能量E′_σ；其中，ε₀′表示真空介电常数，且ε₀′＝8.854187817×10^-12，ε′_p表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的有效介电常数，K_oh表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的机电耦合系数，a′表示与第r′个分子束激励的声学器件等效的叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度；其中，等效的叉指电极激励的声学器件表示在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极，且等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；

步骤2022、采用分子束发生器垂直发射分子束至第r个分子束激励的声学器件表面，同时采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲至第r个分子束激励的声学器件表面，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图，并发送至计算机；之后，拆卸第r个分子束激励的声学器件，采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲，得到未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图，并发送至计算机；其中，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的中心波长为800nm，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的重复频率为80MHz，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的脉宽为100fs；

步骤2023、采用计算机调取傅里叶变换模块，分别对第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图和未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图进行傅里叶变换，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图；其中，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的横坐标均为太赫兹电磁波频率，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的纵坐标均为太赫兹电磁波的电场振幅；

步骤2024、根据公式得到第r个分子束激励的声学器件在太赫兹电磁波频率为d时的插入损耗C′_f,r,d；其中V_y,d表示第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅，V_w,d表示未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅；太赫兹电磁波频率d的取值范围为200GHz～4THz；

步骤2025、并采用计算机将第r个分子束激励的声学器件在不同太赫兹频率时的插入损耗进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个分子束激励的声学器件的频率损耗测试曲线，并重复步骤2015，得到第r个分子束激励的声学器件的中心频率测量值F_r、第r个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值C_r和第r个分子束激励的声学器件的带宽测量值K_r。

上述一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤四中采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，具体过程如下：

步骤401、构建纳米尺度声学器件振动激励系统：在承载台上放置纳米尺度声学器件，利用扰动施加机构对所述纳米尺度声学器件施加扰动，通过超高分辨率激光光谱仪观察所述纳米尺度声学器件波动状态，通过计算机计算反映所述纳米尺度声学器件声学效应的参数，所述扰动施加机构、所述纳米尺度声学器件、所述超高分辨率激光光谱仪和所述计算机构成纳米尺度声学器件振动激励系统，所述扰动施加机构为分子束发生器，所述分子束发生器的数量为多个，所述分子束发生器为点源分子束发生器、线源分子束发生器或面源分子束发生器；

步骤402、调节分子束发生器：根据实验需求选取所需类型的分子束发生器，调节分子束发生器发出的分子束的方向和力度，对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面部分区域施加扰动；

根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的加速度其中，m_0i′为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的质量，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子受到的扰动作用合力；

根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的速度和位置坐标 为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始速度，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始位置坐标，t′为时间；其中，所述压电介质为压电薄膜层或者压电单晶基底，所述压电介质的上表面部分区域是指压电介质的上表面所应设置叉指电极的上电极区域；

步骤403、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的势函数U_pj′(r_pj′)，其中，r_pj′为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的间距，p≠j′，ε为结合强度参数且ε取值为0.01032eV，σ为分子半径的参数且σ取值为3.405埃；

步骤404、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的作用合力其中，N′为纳米尺度声学器件中分子总数，为纳米尺度声学器件中第p个分子的梯度；

根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的加速度其中，m_p为纳米尺度声学器件中第p个分子的质量；

根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的速度和位置坐标 为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始速度，为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始位置坐标；

步骤405、重复步骤403至步骤404，获取不同时刻的纳米尺度声学器件中第P个分子的作用合力、速度和位置坐标；

步骤406、建立三维直角坐标系：所述纳米尺度声学器件放置在承载台上，在承载台上表面所在平面内建立相互垂直的x轴和z轴，在垂直于承载台上表面所在平面的方向设立y轴，x轴、z轴和y轴共同构成三维直角坐标系，所述纳米尺度声学器件的底面位于x轴和z轴所在的平面内，令所述纳米尺度声学器件中分子波动的方向与x轴平行，所述纳米尺度声学器件的高度方向与y轴平行；

步骤407、根据公式计算纳米尺度声学器件的平均应力η^xy，其中，V′为纳米尺度声学器件的体积，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的y轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的作用合力的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的间距的y轴分量；

根据公式计算纳米尺度声学器件x方向的应变ζ_x和纳米尺度声学器件y方向的应变ζ_y，其中，L_x0为纳米尺度声学器件x方向的初始长度，L_x为纳米尺度声学器件x方向的变形后长度，L_y0为纳米尺度声学器件y方向的初始长度，L_y为纳米尺度声学器件y方向的变形后长度；

步骤408、根据胡克定律计算弹性常数C₁₁、C₁₂和C₄₄，其中，η_x为纳米尺度声学器件的平均应力η^xy的x轴分量，η_y为纳米尺度声学器件的平均应力η^xy的y轴分量，τ_xy为纳米尺度声学器件垂直于x轴的截面在y方向的剪切应力且A′为剪切面面积，F_Δ为剪切面内所有分子的合力，γ_xy为在剪切应力作用下的剪切应变且u′为剪切面内形变分子沿x方向的位移量，为剪切面内形变分子沿y方向的位移量；

步骤409、根据公式计算纳米尺度声学器件中传播的声表面波纵波的波速V_t′、泊松比g和纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度V_R，其中，ρ为纳米尺度声学器件材料密度；

步骤4010、根据公式计算纳米尺度声学器件的中心频率f_z，其中，λ′为声表面波波长，且λ′的取值范围为4nm～λ_sy；

步骤4011、确定声波传播系数：在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立其所受压力与分子粘滞力相互作用的力学方程在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立导热特性产生的力与声压的力学方程其中，Φ为纳米尺度声学器件的粘滞损耗率，Ω为导热损耗系数，P为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面相对于无扰动时的压强改变量，W为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内所有分子的平均速度，K为纳米尺度声学器件的压缩率；其中，所述纳米尺度声学器件基底为半导体基底或者压电单晶基底；

对进行拉普拉斯变换求解，得其中， 为声波传播系数，将转换为得的拉普拉斯通解为P'(s)和P”(s)均为常数，由于分子束发生器对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面施加扰动，可知纳米尺度声学器件为半无限介质，则频域内在半无限介质中始端声压为已知量P(0,jω)，且P'(s)＝P(0,jω)，因此与半无限介质中始端相距X处的声压为与半无限介质中始端相距X+1处的声压为对取对数变换得令β为的实部；

步骤4012、根据公式计算声波损耗IL，绘制声波损耗与频率的对应关系图，声波损耗与频率的对应关系图中声波损耗峰值位置对应的频率值为纳米尺度声学器件的中心频率f_z；

当时，解得待求频率f_e对应的声波损耗值IL_fe存在两个频率解：f₁和f₂，即待求频率f_e为f₁和f₂，为中心频率f_z对应的声波损耗值，则|f₂-f₁|为纳米尺度声学器件的带宽；

即得到纳米声学器件的纳米声学效应参数：纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度V_R、纳米尺度声学器件的中心频率f_z、声波损耗IL和纳米尺度声学器件的带宽|f₂-f₁|。

上所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：所述分子束发生器为氩气分子束发生器、氮气分子束发生器或氦气分子束发生器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法步骤简单、实现方便且操作简便，获取微纳声学器件所对应的失效波长阈值，且在宏观声学理论无法解释纳米声学效应时，利用微观分子动力学理论计算获取纳米尺度声学器件参数，确保微纳声学器件的参数获取准确。

2、所采用的微纳声学器件的参数测量过程中，当微纳声学器件的中心频率预估值不大于200GHz时，采用矢量网络分析仪对微纳声学器件的参数进行测试，当微纳声学器件的中心频率预估值大于200GHz时，采用太赫兹时域光谱分析仪对微纳声学器件的参数进行测试，微纳声学器件的频率范围将会达到太赫兹量级，所以本发明分别采用矢量网络分析仪和太赫兹时域光谱分析仪对器件的性能参数：中心频率、插入损耗和带宽进行测试。在微纳声学器件的中心频率为200GHz以下时，采用网络分析仪能进行微纳声学器件参数性能测试，但是当微纳声学器件的中心频率为200GHz以上时，矢量网络分析仪的频率范围将会受限，无法满足超高频器件的性能参数测试。目前矢量网络分析仪在不添加频率扩展模块时，其对器件测试的频率最高上限可达300GHz，但为了检测结果的准确性留有一定的预留范围，所以当器件的频率范围超过200GHz，采用太赫兹时域光谱分析仪进行器件的性能测试，太赫兹时域光谱分析仪的频率测试上限可达到4THz，能够满足本发明设计的不同纳米尺度下声表面波器件的参数性能测试，提高了声表面波器件的参数性能测试准确性，进一步为宏观声学理论失效判断提供依据。

3、所采用的微纳声学器件的参数根据宏观声学理论，获取宏观声学理论计算值，并将不同尺度的微纳声学器件的参数的宏观声学理论计算值与不同尺度的微纳声学器件的参数的测量值进行相对误差计算，获取不同尺度的微纳声学器件所对应的中心频率相对误差绝对值、带宽相对误差和插入损耗相对误差绝对值，满足宏观尺度和微观尺度的较宽范围内(4nm～4000nm)对比研究纳米声学效应,并且有利于得到宏观声学理论失效时微纳声学器件所对应的失效波长阈值。

4、所采用的微纳声学器件失效阈值获取时，微纳声学器件不同中心频率、带宽和插入损耗等参数失效情况下，得到宏观声学理论计算失效，并根据微观分子动力学得到微纳声学器件微观计算参数，确保微纳声学器件的参数获取准确，便于高频化和集成化纳米尺度声学器件设计。

综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理且实现方便，在4nm～4000nm的宽范围内研究纳米声学效应，制作出不同尺度的微纳声学器件，并对制作的不同尺度的微纳声学器件的参数进行测试，获取不同尺度的微纳声学器件的参数测量值，并通过宏观声学理论计算获取不同尺度的微纳声学器件的计算值，通过对不同尺度的微纳声学器件的参数测量值与不同尺度的微纳声学器件的计算值分析，获取宏观声学理论失效时微纳声学器件所对应的失效波长阈值，且将声表面波波长的取值在4nm～失效波长阈值范围内的纳米尺度声学器件，采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，确保纳米尺度声学器件的参数获取准确，便于高频化和集成化纳米尺度声学器件设计，也实现了在较宽尺度范围内纳米声学效应的研究，为高频化和集成化纳米尺度声学器件的设计打下基础。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的结构示意图。

图2为本发明压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件的结构示意图。

图3为本发明纳米尺度声学器件振动激励系统(纳米尺度声学器件为半导体基底)的结构示意图。

图4为本发明纳米尺度声学器件振动激励系统(纳米尺度声学器件为压电单晶基底)的结构示意图。

图5为本发明声波损耗与频率的对应关系图。

图6为本发明的方法流程框图。

图7为本发明压电薄膜结构的分子束激励的声学器件的结构示意图。

图8为本发明压电单晶基底的分子束激励的声学器件的结构示意图。

附图标记说明:

11—半导体基底； 12—第一导波缓冲层； 13—叉指电极；

14—压电薄膜层；； 15—压电单晶基底； 16—第二导波缓冲层；

1—承载台； 3—扰动施加机构；

具体实施方式

实施例1

如图1、图2和图6所示的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，包括以下步骤：

步骤一、不同尺度的微纳声学器件的制作，具体过程如下：

步骤101、设定声表面波波长的取值范围为(40nm～4000nm]，制作各个声表面波波长所对应的叉指电极激励的声学器件，所述叉指电极激励的声学器件包括压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件和压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件，设定第r个叉指电极激励的声学器件所对应的声表面波波长为λ_r，r为正整数，且1≤r≤N_s，N_s表示叉指电极激励的声学器件的总数，则对第r个叉指电极激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：

步骤A、叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A1、压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A11、选择半导体基底11，放置在真空度为10^-4Pa的真空腔内，采用磁控溅射法在所述半导体基底11上生长第一导波缓冲层12；之后，采用磁控溅射法在所述第一导波缓冲层12上生长压电薄膜层14；其中，所述半导体基底11的材质为Si、Ge、GaN或者GaAs，第一导波缓冲层12的材质为金刚石、SiO₂、Si₃N₄或者SiC，所述压电薄膜层14的材质为ZnO、AlN、Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃、CdS、LiNbO₃、PbTiO₃或者PMnN-PZT，半导体基底11的厚度大于100μm，采用磁控溅射法时生长温度为400℃，压电薄膜层14的厚度设计值h_s＝0.5λ_r，第一导波缓冲层12的厚度设计值为0.5λ_r，采用磁控溅射法时靶基距的取值范围为12cm；

步骤A12、对生长的压电薄膜层14进行分析判断，直至生长的压电薄膜层14合格；

步骤A13、采用热蒸发镀膜方法在生长合格的压电薄膜层14上生长金属电极薄膜层；之后，对金属电极薄膜层进行光刻处理或者电子束直写处理，得到两组叉指电极13，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，所述叉指电极13的材质为Al、Pt、Au或者Mo，叉指电极13的对数为30对，两组叉指电极13沿压电薄膜层14表面长度方向的中心对称布设，所述金属电极薄膜层的厚度和叉指电极13的厚度均为0.25λ_r，叉指电极13的宽度为0.25λ_r，待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离d_y为10λ_r，且薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域没有生长压电薄膜层14；

当叉指电极13的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理；当叉指电极13的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，得到两组叉指电极13；

步骤A14、采用引线键合设备对步骤A13中得到的待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；

步骤A2、压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A21、选择压电单晶基底15；其中，压电单晶基底15的厚度大于100μm，压电单晶基底15的材料为石英、LiNbO₃、LiTaO₃、Li₂B₄O₇或者La₃Ga₅SiO₁₄；

步骤A22、按照步骤A13所述的方法，在压电单晶基底15上两组形成叉指电极13，并采用步骤A11中所述磁控溅射法在所述压电单晶基底15上生长第二导波缓冲层16，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，叉指电极13的对数为30对，两组叉指电极13沿压电单晶基底15表面长度方向的中心对称布设；所述第二导波缓冲层16位于待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域；

步骤A23、采用引线键合设备对步骤A22中得到的待封装压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件；

步骤B、多次重复步骤A，制作不同尺度的叉指电极激励的声学器件；其中，所述第r个叉指电极激励的声学器件具有四个引脚分别为输入引脚、第一接地引脚、输出引脚和第二接地引脚，r是将各个叉指电极激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤102、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，制作各个声表面波波长所对应的分子束激励的声学器件，所述分子束激励的声学器件包括压电薄膜结构的分子束激励的声学器件和压电单晶基底的分子束激励的声学器件；设定第r′个分子束激励的声学器件所对应的声表面波波长为λ_r″，r′为正整数，且N_s+1≤r′≤N_s″，N_s″表示叉指电极激励的声学器件和分子束激励的声学器件的总数，N_s″-N_s+1表示分子束激励的声学器件的总数，则对第r′个分子束激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：

步骤A01、分子束激励的声学器件的制作：

步骤A011、压电薄膜结构的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A11至步骤A13所述的方法，制作压电薄膜结构的分子束激励的声学器件；其中，压电薄膜结构的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极13；

步骤A012、压电单晶基底的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A21至步骤A22所述的方法，制作压电单晶基底的分子束激励的声学器件；其中，压电单晶基底的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极13；

步骤B01、多次重复步骤A01，制作不同尺度的分子束激励的声学器件；其中，r′是将各个分子束激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤二、不同尺度的微纳声学器件的参数测试：

步骤201、采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，获取第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值F_r、第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值S_r和第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值K_r；

步骤202、采用太赫兹时域光谱分析仪对第r′个分子束激励的声学器件的参数进行测试，获取第r′个分子束激励的声学器件的中心频率测量值F_r′、第r′个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值S_r′和第r′个分子束激励的声学器件的带宽测量值K_r′；

步骤三、不同尺度的微纳声学器件宏观声学理论计算值的获取及参数相对误差获取：

步骤301、在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处边界条件为应力连续和电势连续，且在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处所在平面的法线方向电位移不连续条件下，采用基于压电介质的耦合波动方程的有限元-边界元法，获取第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数；计算机调取COM模型，并输入第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数，根据COM模型得到第r个叉指电极激励的声学器件的输出端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输入导纳Y₁₁、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出导纳Y₂₂、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出端到第r个叉指电极激励的声学器件的输入端的转移导纳Y₁₂；

步骤302、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的正向传输系数S₂₁；其中，Z₁表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗匹配，Z₂表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗匹配，且Z₁＝Z₂＝50欧姆,R₁表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗实部，R₂表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗实部，且R₁＝R₂＝50欧姆；

步骤303、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值

步骤304、采用计算机给第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7F_g,r～1.3F_g,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7F_g,r以步进f_bj至1.3F_g,r扫频，并多次重复步骤301至步骤303，获取不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值其中，变频正弦波激励信号的幅值范围为1伏～5伏，步进f_bj的取值为100kHz；

步骤305、采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线；

步骤306、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率计算值并记作第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值C_r′^hj，第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值C_r′^hj-3dB所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽计算值

步骤307、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差ΔF_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的带宽相对误差ΔK_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗相对误差ΔC_r；

步骤308、在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极13，得到第r′个等效的叉指电极激励的声学器件；其中，第r′个等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；重复步骤301至步骤307，获取与第r′个等效的叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；

步骤309、将N_s个叉指电极激励的声学器件和N_s″-N_s+1个等效的叉指电极激励的声学器件称作微纳声学器件，获取微纳声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；其中，r″为正整数，1≤r″≤N_s″，r″是将各个微纳声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤四、宏观声学理论失效判断及微观分子动力学理论对纳米尺度声学器件参数计算：

采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长为横坐标，以中心频率相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与频率相对误差曲线图；采用计算机判断当|ΔF_r″|＜|ΔF_r″+1|＜|ΔF_r″+2|＜|ΔF_r″+3|＜|ΔF_r″+4|，且3％＜|ΔF_r″|＜|ΔF_r″+1|＜|ΔF_r″+2|＜|ΔF_r″+3|＜|ΔF_r″+4|成立时，则中心频率相对误差绝对值|ΔF_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔF_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，r″+1、r″+2、r″+3和r″+4均为正整数，且r″+1、r″+2、r″+3和r″+4的取值均在1～N_s″范围内；

或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以带宽相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与带宽相对误差曲线图；采用计算机判断当|ΔK_r″|＜|ΔK_r″+1|＜|ΔK_r″+2|＜|ΔK_r″+3|＜|ΔK_r″+4|，且3％＜|ΔK_r″|＜|ΔK_r″+1|＜|ΔK_r″+2|＜|ΔK_r″+3|＜|ΔK_r″+4|成立时，则带宽相对误差绝对值|ΔK_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔK_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值；

或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以插入损耗相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与插入损耗相对误差绝对值曲线图；采用计算机判断当|ΔC_r″|＜|ΔC_r″+1|＜|ΔC_r″+2|＜|ΔC_r″+3|＜|ΔC_r″+4|，且3％＜|ΔC_r″|＜|ΔC_r″+1|＜|ΔC_r″+2|＜|ΔC_r″+3|＜|ΔC_r″+4|成立时，则插入损耗相对误差绝对值|ΔC_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔC_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值；

之后，将声表面波波长的取值在4nm～λ_sy范围的微纳声学器件称为纳米尺度声学器件，则采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数。

本实施例中，步骤A12中对生长的压电薄膜层14进行分析判断，具体过程如下：

步骤A121、采用FR-Monitor膜厚仪对生长的压电薄膜层14的厚度进行测量，获取生长的压电薄膜层14的测量厚度并记作h_c，并将压电薄膜层14的测量厚度h_c和压电薄膜层14的厚度设计值h_s进行比较，当时，说明生成的压电薄膜层14厚度参数合格，执行步骤1022；否则，当时，说明生成的压电薄膜层14不合格，重复步骤A11；

步骤A122、采用Bruker D8ADVANCE型X射线衍射仪对生长的压电薄膜层14进行X射线衍射，获取以衍射角为横坐标，以压电薄膜层14衍射峰相对强度为纵坐标的压电薄膜层14的X射线衍射谱测量图，并将压电薄膜层14的X射线衍射谱测量图与压电薄膜层14所含标准PDF卡片进行对比，将压电薄膜层14的X射线衍射谱测量图中峰值所对应的衍射角记作J_c，将压电薄膜层14所含标准PDF卡片中峰值所对应的衍射角记作J_s，当时，说明生成的压电薄膜层14衍射角合格，执行步骤A123；否则，当时，说明生成的压电薄膜层14不合格，重复步骤A11；

步骤A123、采用Thermo Fisher ESCALAB Xi+型X射线光电子能谱分析仪对生长的压电薄膜层14元素进行测量，获取以元素的结合能为横坐标，以元素的相对强度为纵坐标的压电薄膜层14的光电子能谱图，并根据压电薄膜层14的光电子能谱图获取压电薄膜层14所含元素和杂质元素，并获取压电薄膜层14所含元素的相对强度和压电薄膜层14杂质元素的相对强度，当压电薄膜层14中任一杂质元素的相对强度小于压电薄膜层14所含任一元素的相对强度的1％，说明生成的压电薄膜层14所含元素合格，执行步骤A124；否则，重复步骤A11；

步骤A124、采用本原CSPM5500型原子力显微镜对生长的压电薄膜层14的表面粗糙度进行测量，获取生长的压电薄膜层14的表面粗糙度并记作C_c，并将压电薄膜层14的表面粗糙度C_c和压电薄膜层14的厚度设计值h_s进行比较，当C_c≤5％h_s时，说明生成的压电薄膜层14表面粗糙度合格，执行步骤A125；否则，当C_c＞5％h_s时，说明生成的压电薄膜层14不合格，重复步骤A11；

步骤A125、采用压电响应力显微镜对生长的压电薄膜层14的压电常数进行测量，获取生长的压电薄膜层14的压电常数并记作Y_c，并将压电薄膜层14的压电常数和压电薄膜层14所需的压电常数最小值10^-12进行比较，当Y_c＞10^-12时，说明生成的压电薄膜层14压电常数合格，则说明生成的压电薄膜层14；否则，当Y_c≤10^-12时，说明生成的压电薄膜层14不合格，重复步骤A11；其中，压电薄膜层14的压电常数的单位为C/N。

本实施例中，步骤一中叉指电极激励的声学器件制作，之前，需要对半导体基底11或者压电单晶基底15进行清洗，具体过程如下：

步骤A-1、采用浓硫酸与双氧水混合清洗溶液在温度为110℃条件下，对半导体基底11或者压电单晶基底15清洗10分钟；之后，采用去离子水对经过浓硫酸与双氧水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗10分钟，完成一次清洗；其中，浓硫酸的体积浓度为95％～98％，浓硫酸和双氧水的体积比为4:1；

步骤B-1、采用氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液在温度为70℃条件下，对一次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗10分钟；之后，采用去离子水对经过氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗10分钟，完成二次清洗；其中，氨水的体积浓度为25％，氨水、双氧水和去离子水的体积比为1:1:4；

步骤C-1、采用浓盐酸、双氧水和去离子混合清洗溶液在温度为70℃～80℃条件下，对二次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗10分钟；之后，采用去离子水对经过浓盐酸、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗10分钟，完成三次清洗；其中，浓盐酸的体积浓度为36％，浓盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1:1:5；

步骤D-1、将三次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15放入体积浓度为99％的丙酮溶液，在室温下超声洗涤10分钟，再用氮气枪吹干，完成四次清洗；

步骤E-1、将四次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15放入体积浓度为99％的乙醇溶液，在室温下超声洗涤10分钟，再用氮气枪吹干，完成五次清洗。

本实施例中，步骤A11采用磁控溅射法生长第一导波缓冲层12或者压电薄膜层14时，根据公式h_s′＝0.03066P+499.233t-1.5329生长第一导波缓冲层12或者压电薄膜层14；其中，P表示溅射功率，单位为W，t表示溅射时间，单位为h，溅射功率P的取值范围为70W～150W，溅射时间t的取值范围为1/360h～4h，h_s′表示采用磁控溅射法时薄膜生长厚度参数。

本实施例中，当步骤A13中当叉指电极13的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理，具体过程如下：

步骤A131、采用旋涂法将光刻胶涂敷在金属电极薄膜层表面，形成光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘焙温度为80℃下进行烘焙15min；其中，旋转速度为2500r/min，光刻胶层的厚度为200nm；

步骤A132、在光刻胶层上放置掩膜版，并采用紫外曝光对光刻胶层进行曝光处理；之后，采用体积浓度为99％丙酮溶液对光刻胶层进行显影处理；其中，曝光功率为80W，曝光时间为10s，显影时间为50s；

步骤A133、显影处理后，对光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，光刻胶层的坚膜温度为170℃，光刻胶层的坚膜时间为15min；

步骤A134、采用湿法刻蚀方法按照叉指图形对金属电极薄膜层进行刻蚀，图形转移完成后，采用体积浓度为99％的丙酮溶液除去残余光刻胶，得到两组叉指电极13，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；

当叉指电极13的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，具体过程如下：

步骤A13-1、当制作压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电薄膜层14表面，形成电子束光刻胶层；当制作压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电单晶基底15表面，形成电子束光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘热温度为150℃下进行烘热20min；其中，所述匀胶机的转速为3000r/min，所述电子束光刻胶层的厚度为50nm；

步骤A13-2、采用电子束曝光机对电子束光刻胶层进行电子光束曝光，并将叉指电极转移到电子束光刻胶层；之后，采用甲基异丁基甲酮、异丙醇和水体积比为7:2:1的显影溶液对电子束光刻胶层进行显影处理；其中，电子束曝光的电子能量为10KeV，电子束流为1nA，显影时间为10s；

步骤A13-3、显影处理后用氮气吹干，之后，采用体积浓度为99％异丙醇溶液对电子束光刻胶层进行定影处理；其中，定影时间为10s；

步骤A13-4、对电子束光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，电子束光刻胶层的坚膜温度为150℃，电子束光刻胶层的坚膜时间为20min；

步骤A13-5、在步骤A13-4中得到的叉指图形上，采用热蒸发镀膜方法沉积金属电极薄膜层；之后，放入体积浓度为99％的丙酮溶液中进行去胶并剥离处理，获得两组叉指电极13；其中，热蒸发镀膜的真空度小于10^-4Pa，热蒸发镀膜的温度为600℃，热蒸发镀膜的时间为5s。

本实施例中，步骤一中不同尺度叉指电极激励的声学器件的获取，具体过程如下：

步骤10-2、当400nm＜λ^c≤4000nm时，根据获取第i″个叉指电极激励的声学器件和第i″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，i″和i″-1均为正整数，且i″和i″-1的取值均在1～18的范围内；

步骤10-3、当40nm＜λ^b≤400nm时，根据获取第j″个叉指电极激励的声学器件和第j″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，j″和j″-1均为正整数，且j″和j″-1的取值均在19～36的范围内，N_s＝36；

步骤10-4、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，则4nm≤λ^a≤40nm，其中，λ^a表示声表面波波长在[4nm～40nm]范围中任一声表面波波长；

根据获取第e′个叉指电极激励的声学器件和第e′-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，e′和e′-1均为正整数，且e′和e′-1的取值均在37～46的范围内，且N_s″＝46。

本实施例中，步骤201中采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：

步骤2011、将所述矢量网络分析仪的输出测试端口通过输出导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚连接，将矢量网络分析仪的输入测试端口通过输入导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚连接，第r个叉指电极激励的声学器件的第一接地引脚和第二接地引脚均与所述矢量网络分析仪的接地端口连接；

步骤2012、操作所述矢量网络分析仪，使所述矢量网络分析仪的输出测试端口对第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7F_g,r～1.3F_g,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7F_g,r以步进f_bj至1.3F_g,r扫频，同时所述矢量网络分析仪的输入测试端口获取扫频过程中施加变频正弦波激励信号时第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚的响应信号；

步骤2013、根据公式得到不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r，V_s表示变频正弦波激励信号的幅值，V_f表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚在不同频率正弦波激励信号下的响应信号的幅值；

步骤2014、将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r输入计算机，并采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线；

步骤2015、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值F_r，第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值C_r，第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值C_r-3dB所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值K_r。

本实施例中，步骤202中采用太赫兹时域光谱分析仪对第r个分子束激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：

步骤2021、根据公式得到第r′个分子束激励的声学器件所需单位面积激励能量E′_σ；其中，ε₀′表示真空介电常数，且ε₀′＝8.854187817×10^-12，ε′_p表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的有效介电常数，K_oh表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的机电耦合系数，a′表示与第r′个分子束激励的声学器件等效的叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度；其中，等效的叉指电极激励的声学器件表示在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极13，且等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；

步骤2022、采用分子束发生器垂直发射分子束至第r个分子束激励的声学器件表面，同时采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲至第r个分子束激励的声学器件表面，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图，并发送至计算机；之后，拆卸第r个分子束激励的声学器件，采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲，得到未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图，并发送至计算机；其中，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的中心波长为800nm，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的重复频率为80MHz，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的脉宽为100fs；

步骤2023、采用计算机调取傅里叶变换模块，分别对第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图和未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图进行傅里叶变换，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图；其中，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的横坐标均为太赫兹电磁波频率，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的纵坐标均为太赫兹电磁波的电场振幅；

步骤2024、根据公式得到第r个分子束激励的声学器件在太赫兹电磁波频率为d时的插入损耗C′_f,r,d；其中V_y,d表示第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅，V_w,d表示未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅；太赫兹电磁波频率d的取值范围为200GHz-4THz；

步骤2025、并采用计算机将第r个分子束激励的声学器件在不同太赫兹频率时的插入损耗进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个分子束激励的声学器件的频率损耗测试曲线，并重复步骤2015，得到第r个分子束激励的声学器件的中心频率测量值F_r、第r个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值C_r和第r个分子束激励的声学器件的带宽测量值K_r。

如图3、图4和图5所示，本实施例中，步骤四中采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，具体过程如下：

步骤401、构建纳米尺度声学器件振动激励系统：在承载台1上放置纳米尺度声学器件，利用扰动施加机构3对所述纳米尺度声学器件施加扰动，通过超高分辨率激光光谱仪观察所述纳米尺度声学器件波动状态，通过计算机计算反映所述纳米尺度声学器件声学效应的参数，所述扰动施加机构3、所述纳米尺度声学器件、所述超高分辨率激光光谱仪和所述计算机构成纳米尺度声学器件振动激励系统，所述扰动施加机构3为分子束发生器，所述分子束发生器的数量为多个，所述分子束发生器为点源分子束发生器、线源分子束发生器或面源分子束发生器；

需要说明的是，通过构建纳米尺度声学器件振动激励系统，通过扰动施加机构向纳米尺度声学器件施加扰动，同时扰动施加机构采用分子束发生器，分子束发生器中的分子束可实现准直的定向运动，便于向纳米尺度声学器件施加不同方向的扰动，分子束发生器中发出的分子束和纳米尺度声学器件中的粒子之间产生碰撞，进而可使粒子产生位移，使粒子获得一个稳定的激励，以此来使纳米尺度声学器件产生振动，通过将分子束发生器的数量增加为多个，分子束发生器为点源分子束发生器、线源分子束发生器或面源分子束发生器，通过不同类型的分子束发生器的组合实现单一扰动或多种扰动耦合，便于探究纳米量级的声学效应。

本实施例中，所述超高分辨率激光光谱仪为型号为MICRO Spectra的超高分辨率激光光谱仪，其空间分辨率可达0.1nm，能观察出器件的组成、状态、结构的变化，可清晰观察到纳米声学器件的波动状态。

步骤402、调节分子束发生器：根据实验需求选取所需类型的分子束发生器，调节分子束发生器发出的分子束的方向和力度，对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面部分区域施加扰动；

根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的加速度其中，m_0i′为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的质量，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子受到的扰动作用合力；

根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的速度和位置坐标 为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始速度，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始位置坐标，t′为时间；其中，所述压电介质为压电薄膜层14或者压电单晶基底15，所述压电介质的上表面部分区域是指压电介质的上表面所应设置叉指电极的上电极区域；

本实施例中，因为随着纳米尺度声学器件所对应的波长减少，纳米尺度声学器件上所应设置的叉指电极无法进行加工制作，所以通过分子束激发器对纳米尺度声学器件上所应设置的叉指电极施加分子束，以使纳米尺度声学器件产生声波传播，从而代替叉指电极使纳米尺度声学器件产生声波传播。即通过调节分子束发生器使纳米尺度声学器件获得不同的初始激励，以此来等效不同的初始声波激励，可有效地解决纳米量级声学器件无法通过叉指换能器获得初始激励的问题。

需要说明的是，根据实验需求选取所需类型的分子束发生器，调节分子束发生器发出的分子束的方向和力度，对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面施加扰动，利用纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面波动作用于相邻分子，实现分子的传递式波动，利用势函数获取各个分子之间的作用力场，进而得到各个分子的作用合力、加速度、速度和位置坐标。

步骤403、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的势函数U_pj′(r_pj′)，其中，r_pj′为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的间距，p≠j′，ε为结合强度参数且ε取值为0.01032eV，σ为分子半径的参数且σ取值为3.405埃；

需要说明的是，势函数描述的是粒子间的相互作用，材料的性质取决于这种相互作用。分子动力学中，模拟结果的准确性与势函数的选择有十分密切的关系。通过势函数可有效解决本发明所构建纳米尺度声学器件内的分子之间相互作用力，更有利于后续计算的准确性。

步骤404、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的作用合力其中，N′为纳米尺度声学器件中分子总数，为纳米尺度声学器件中第p个分子的梯度；

根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的加速度其中，m_p为纳米尺度声学器件中第p个分子的质量；

根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的速度和位置坐标 为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始速度，为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始位置坐标；

需要说明的是，通过系统的势能计算出系统中各分子位置和速度，根据系统中各分子位置和速度可进一步确定纳米尺度声学器件的形变状态。

步骤405、重复步骤403至步骤404，获取不同时刻的纳米尺度声学器件中第P个分子的作用合力、速度和位置坐标；

需要说明的是，获取不同时刻的纳米尺度声学器件中第p个分子的作用合力、速度和位置坐标，可体现出不同时刻的分子的运动状态；

步骤406、建立三维直角坐标系：所述纳米尺度声学器件放置在承载台1上，在承载台1上表面所在平面内建立相互垂直的x轴和z轴，在垂直于承载台1上表面所在平面的方向设立y轴，x轴、z轴和y轴共同构成三维直角坐标系，所述纳米尺度声学器件的底面位于x轴和z轴所在的平面内，令所述纳米尺度声学器件中分子波动的方向与x轴平行，所述纳米尺度声学器件的高度方向与y轴平行；

需要说明的是，通过该坐标系的准确建立，可将纳米尺度声学器件内各个分子的位置确定化。

步骤407、根据公式计算纳米尺度声学器件的平均应力η^xy，其中，V′为纳米尺度声学器件的体积，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的y轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的作用合力的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的间距的y轴分量；

根据公式计算纳米尺度声学器件x方向的应变ζ_x和纳米尺度声学器件y方向的应变ζ_y，其中，L_x0为纳米尺度声学器件x方向的初始长度，L_x为纳米尺度声学器件x方向的变形后长度，L_y0为纳米尺度声学器件y方向的初始长度，L_y为纳米尺度声学器件y方向的变形后长度；

需要说明的是，在微观尺度下利用分子动力学计算出纳米尺度声学器件内分子的位置、速度、动量等参量，可计算出平均应力与应变，有效的表征宏观参量。其中，应力的计算在本分子动力学模拟中，属于较为基础的参数计算。应力计算结果的准确与否直接关系到其他参数的计算结果，因此，应力计算的准确程度极为重要。

步骤408、根据胡克定律计算弹性常数C₁₁、C₁₂和C₄₄，其中，η_x为纳米尺度声学器件的平均应力η^xy的x轴分量，η_y为纳米尺度声学器件的平均应力η^xy的y轴分量，τ_xy为纳米尺度声学器件垂直于x轴的截面在y方向的剪切应力且A′为剪切面面积，F_Δ为剪切面内所有分子的合力，γ_xy为在剪切应力作用下的剪切应变且u′为剪切面内形变分子沿x方向的位移量，为剪切面内形变分子沿y方向的位移量；

步骤409、根据公式计算纳米尺度声学器件中传播的声表面波纵波的波速V_t′、泊松比g和纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度V_R，其中，ρ为纳米尺度声学器件材料密度；

需要说明的是，微观尺度下通过该步骤的计算，得到的相速度V_R，所描述声波等相位面传播的速度，可表征出宏观中声波传播过程中的相位信息，为纳米尺度声学器件的声学效应提供了合理的微观解释。

步骤4010、根据公式计算纳米尺度声学器件的中心频率f_z，其中，λ′为声表面波波长，且λ′的取值范围为4nm～λ_sy；

步骤4011、确定声波传播系数：在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立其所受压力与分子粘滞力相互作用的力学方程在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立导热特性产生的力与声压的力学方程其中，Φ为纳米尺度声学器件的粘滞损耗率，Ω为导热损耗系数，P为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面相对于无扰动时的压强改变量，W为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内所有分子的平均速度，K为纳米尺度声学器件的压缩率，所述纳米尺度声学器件基底为半导体基底11或者压电单晶基底15；

对进行拉普拉斯变换求解，得其中， 为声波传播系数，将转换为得的拉普拉斯通解为P'(s)和P”(s)均为常数，由于分子束发生器对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面施加扰动，可知纳米尺度声学器件为半无限介质，则频域内在半无限介质中始端声压为已知量P(0,jω)，且P'(s)＝P(0,jω)，因此与半无限介质中始端相距X处的声压为与半无限介质中始端相距X+1处的声压为对取对数变换得令β为的实部；

需要说明的是，声波传播过程中存在声波损耗，在建立的分子动力学理论模型中，通过分子运动的速度及声压等参量可计算出声波传播系数，可进一步得出声波在传播过程中振幅损耗与相位滞后。

步骤4012、根据公式计算声波损耗IL，绘制声波损耗与频率的对应关系图，声波损耗与频率的对应关系图中声波损耗峰值位置对应的频率值为纳米尺度声学器件的中心频率f_z；

当时，解得待求频率f_e对应的声波损耗值IL_fe存在两个频率解：f₁和f₂，即待求频率f_e为f₁和f₂，为中心频率f_z对应的声波损耗值，则|f₂-f₁|为纳米尺度声学器件的带宽；

即得到纳米声学器件的纳米声学效应参数：纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度V_R、纳米尺度声学器件的中心频率f_z、声波损耗IL和纳米尺度声学器件的带宽|f₂-f₁|。

所述分子束发生器为氩气分子束发生器、氮气分子束发生器或氦气分子束发生器；

需要说明的是，所述分子束发生器益采用惰性气源型分子束发生器，避免分子束发生器发出的分子束与纳米尺度声学器件发生反应，造成振动激励失效。

本实施例中，当真空度小于10-⁴Pa时，真空腔内真空腔中的杂质气体较多，容易与溅射起来的原子碰撞影响薄膜的沉积的速率同时也会使得沉积到基片表面的薄膜中引入大量的杂质，影响薄膜的质量；

本实施例中，生长温度为400℃～600℃，是因为如果生长温度小于400℃，生长温度过低，不能为溅射到半导体基底11上的压电薄膜提供足够的动力供其生长，导致压电薄膜生长致密度太低，压电薄膜层14质量差；如果生长温度大于600℃，生长温度过高，压电薄膜层14与半导体基底11之间的相互扩散加剧，使压电薄膜中缺陷增加，破坏压电薄膜结晶质量。

本实施例中，靶基距的取值范围为12cm～17cm，是因为靶基距的大小也会影响所沉积薄膜性能优劣。当靶基距小于12cm时，靶材的溅射效率提高，成膜速率增加，但薄膜均匀性较差；当靶基距大于17cm时，成膜速率减小，但制作的薄膜均匀性能较好。因此在确定磁控溅射工艺参数方案时，应该合适地选择靶基距，使得制作的薄膜在具有较优良均匀性的同时，溅射功率效率也能达到最大化。

本实施例中，所述引线键合设备为热压键合设备、超声键合设备或者热超声键合设备。

本实施例中，一次清洗时，温度为110℃～120℃，是因为如果温度低于110℃，因为浓硫酸与有机金属反应所需温度相对较高，会导致反应不完全，无法清理干净，浓硫酸与双氧水混合清洗溶液与半导体基底11或者压电单晶基底15中杂质反应温度低，清洗溶液活性较差，清洗溶液与半导体基底11或者压电单晶基底15上的有机物质反应不完全，半导体基底11或者压电单晶基底15清洗不干净；如果温度高于120℃，会对半导体基底11或者压电单晶基底15本身产生腐蚀，增加半导体基底11或者压电单晶基底15表面的粗糙度；另外温度太高，由于双氧水容易挥发，而硫酸不易挥发，会导致溶液中比例失衡，清理效果不佳。

本实施例中，二次清洗时，温度为70℃～80℃，是因为二次清洗溶液中含有氨气，当温度高于80℃时易挥发溢出氨气，氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液的配比不够稳定的，而且双氧水会分解，影响对半导体基底11或者压电单晶基底15的清洗；如果温度低于70℃，盐酸与总金属离子反应所需要的温度不够，总金属离子无法去除干净，半导体基底11或者压电单晶基底15清洗不干净。

本实施例中，三次清洗时，温度为70℃～80℃，是因为如果三次清洗温度小于70℃，浓盐酸、双氧水和去离子混合清洗溶液与半导体基底11或者压电单晶基底15杂质反应温度低，溶液活性较差，溶液与半导体基底11或者压电单晶基底15上的杂质反应不完全，半导体基底11或者压电单晶基底15上的金属离子清洗不干净；如果三次清洗温度大于80℃，会对半导体基底11或者压电单晶基底15本身产生腐蚀，增加半导体基底11或者压电单晶基底15表面的粗糙度，影响薄膜的质量。

本实施例中，先后丙酮溶液后用乙醇溶液进行清洗，是因为丙酮是一种很好的有机溶剂，具有脂溶性，脂溶性会洗掉半导体基底11或者压电单晶基底15上的有机杂质，但是半导体基底11或者压电单晶基底15上还残留少量丙酮，又由于有机溶剂中丙酮的沸点比较低，容易挥发掉。所以用乙醇再清洗，使丙酮挥发；另外体积浓度为99％的丙酮溶液对基片丙酮溶液上有机杂质的溶解和之后的溶剂的挥发都有促进作用。

本实施例中，步骤D和步骤E中室温下超声洗涤10分钟～15分钟，是因为如果超声清洗时间低于10分钟，会因为清洗的强度不够导致一些残留杂质清洗不干净；如果超声清洗时间大于15分钟，超声清洗时间过长会使得半导体基底11或者压电单晶基底15表面以及内部产生裂纹，对之后压电薄膜层14的声场产生不良影响。

本实施例中，步骤A至步骤C中清洗时间为10分钟～15分钟，是因为如果清洗时间低于10分钟，反应不完全，也会导致半导体基底11或者压电单晶基底15上的一些有机物质清洗不干净；如果清洗时间大于15分钟，清洗时间过长，也会对半导体基底11或者压电单晶基底15本身产生腐蚀，增加半导体基底11或者压电单晶基底15表面的粗糙度，影响薄膜的质量。

本实施例中，本实施例中，光刻胶层的厚度为200nm～500nm，是因为如果光刻胶层的厚度小于200nm，光刻胶太薄，胶膜的针孔密度增加，光刻胶感光度下降，而且当刻蚀深度较大时，需要有较厚的胶膜保护并且由于表面张力，容易破裂；因为如果光刻胶层的厚度大于500nm，胶太厚，光刻不完全导致光刻胶残留，影响刻蚀程度，也增加前烘过程的能耗。

本实施例中，旋转速度为2500r/min～3500r/min，是因为如果旋转速度低于2500r/min，旋涂速度太慢，导致胶膜厚度较大，光刻分辨率低；如果旋转速度大于3500r/min，速度太快，胶膜太薄，针孔多，抗蚀能力差。

本实施例中，烘焙温度为80℃～100℃和烘焙时间15min～20min，是因为烘焙的主要作用是促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥，增加胶膜的粘附性及耐磨性。此过程中主要影响因素为时间和温度。如果烘焙温度低于80℃时，烘焙温度太低，或烘焙时间低于15min时间过短，除了光刻胶层与金属电极薄膜层表面的黏附性变差之外，曝光的精确度也会因为光刻胶中的溶剂的含量过高而变差，显影时易浮胶，叉指图形变形；如果烘焙温度高于120℃时，温度过高，或烘焙时间高于15min，时间过长，光刻胶粘附性降低，光刻胶中的感光剂发生反应(胶膜硬化)，不易溶于显影液，导致显影不干净。

本实施例中，本实施例中，曝光功率为80W～100W，曝光时间为10s～15s，是因为如果曝光时间大于15s或曝光功率大于100W，会使曝光后光刻胶边缘的轮廓变差，还会产生气泡，导致在后续的操作中无法进行显影；如果曝光时间小于10s或曝光功率小于80W，会导致曝光的光束无法完全透过光刻胶，导致光刻胶曝光不完全，会导致显影显不出或显影不干净。显影时间为50s～60s，是因为如果显影时间小于50s，留下光刻胶薄膜层，从而阻挡腐蚀金属电极薄膜层；如果显影时间大于60s，光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶，导致光刻图形边缘破坏。

本实施例中，光刻胶层的坚膜温度为170℃～200℃，光刻胶层的坚膜时间为15min～20min，是因为坚膜是为了使光刻胶里的溶剂进一步挥发，如果坚膜时间小于15min或坚膜温度小于170℃，坚膜不足，则腐蚀时易浮胶，易侧蚀；如果坚膜时间大于20min或坚膜温度大于200℃，坚膜过度，则光刻胶膜热膨胀导致翘曲，剥落，腐蚀时易浮胶或钻蚀。

本实施例中，匀胶机的转速为3000r/min～6000r/min，是因为如果匀胶机的转速大于6000r/min，转速越大，光刻胶涂得越均匀，但是转速太大时，胶层厚度太薄，溶胀较快，将导致胶层对刻蚀耐受力时间减短；如果匀胶机的转速小于3000r/min，转速太慢，时间太短光刻胶不能很好附着在金属电极上，胶层不牢固，容易起胶。

本实施例中，电子束光刻胶层的厚度为50nm～100nm，是因为如果电子束光刻胶层的厚度小于50nm，电子束光刻胶太薄，电子束光刻胶膜的针孔密度增加，电子束光刻胶感光度下降；如果电子束光刻胶层的厚度大于100nm，胶太厚，会导致光刻胶残留，影响刻蚀程度，也增加烘烤过程的能耗。

本实施例中，烘热温度为150℃～180℃下烘热20min～30min，是因为烘热的主要作用是促进电子束光刻胶膜内溶剂充分挥发，使电子束光刻胶膜干燥，排除涂胶过程所造成的空隙，使抗蚀剂致密，增加电子束光刻胶膜的粘附性及耐磨性。此过程中主要影响因素为时间和温度，若烘焙不足(烘热温度小于150℃或烘热时间小于20min)，则显影时易浮胶，叉指图形变形；烘热时间大于30min，增感剂挥发，导致曝光时间增长，甚至显示不出图形，烘热温度大于于150℃，电子束光刻胶粘附性降低，光电子束刻胶中的感光剂发生反应(胶膜硬化)，不易溶于显影液，导致显影不干净。

本实施例中，电子束曝光的电子能量为10KeV～100KeV，是为了确保电子束曝光电压高，分辨率越高，邻近效应越小，同时可曝光较厚的抗蚀剂层，电子束产生的电子散射小，色差与空间电荷效应抵消，且有利于曝光厚的抗蚀剂层。

本实施例中，电子束流为1nA-15nA，是因为束流大，曝光速度快，束斑尺寸大，分辨率低，束流小曝光速度慢，束斑尺寸小，分辨率高。

本实施例中，电子束光刻胶层的坚膜温度为150℃～180℃，电子束光刻胶层的坚膜时间为20min～30min，是因为如果电子束光刻胶层的坚膜时间小于20min或电子束光刻胶层的坚膜温度小于150℃，电子束光刻胶层的坚膜不足，则腐蚀时易浮胶，易侧蚀；如果电子束光刻胶层的坚膜时间大于30min或电子束光刻胶层的坚膜温度小于180℃，电子束光刻胶层的坚膜过度，则胶膜热膨胀导致翘曲，剥落，腐蚀时易浮胶或钻蚀。

本实施例中，所采用的基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法中制作不同尺度叉指电极激励的声学器件，声表面波波长的取值范围为4nm～4000nm，且将声表面波波长划分为4nm≤λ^a≤40nm，40nm＜λ^b≤400nm和400nm＜λ^c≤4000nm三个声表面波波长区间，是因为在相速度一定的条件下，叉指电极激励的声学器件的中心频率与声表面波波长成反比，通过减小声表面波波长实现叉指电极激励的声学器件的高频化、微型化，当叉指电极激励的声学器件相速度为4000m/s、声表面波波长为4nm时，叉指电极激励的声学器件的中心频率可达1000GHz，根据目前叉指电极激励的声学器件的叉指电极宽度极限只能分辨到1nm，即声表面波波长为4nm；从宏观声波理论与微观分子动力学的模拟分析可得，失效波长阈值尺寸约为几十个纳米，因此在4nm～40nm区间以步长为4nm减小声表面波波长，在40nm～400nm时以40nm为步长，当波长为400nm以上时，声波宏观声学理论仍然适用，设置声表面波波长400nm～4000nm，是为了验证实验的精度，叉指电极的厚度也随波长比例减小，当声表面波波长为4nm时，叉指电极的厚度仅为1nm，考虑叉指电极需承受一定的电压，为防止电极被击穿，设定电极最小厚度为1nm，当声表面波波长为4000nm时，叉指电极的厚度已达1000nm，将使得声波在叉指电极间产生较大的反射，使器件产生较大的带内纹波，严重影响器件性能，因此波长选取在4nm～4000nm，且并且随着三个区间缩小，每一个区间的步长也在减小以此来准确获取失效波长阈值，便于研究。

本实施例中，进一步地，所述半导体基底11的材质为Si，第一导波缓冲层12的材质为金刚石，所述压电薄膜层14的材质为ZnO，叉指电极13的材质为Al。

本实施例中，进一步地，压电单晶基底15的材料为石英。

实施例2

与实施例1不同的是：步骤A11中采用磁控溅射法时生长温度为600℃，采用磁控溅射法时靶基距的取值范围为17cm；

步骤A-1中采用浓硫酸与双氧水混合清洗溶液在温度为120℃条件下，对半导体基底11或者压电单晶基底15清洗15分钟；之后，采用去离子水对经过浓硫酸与双氧水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗15分钟，完成一次清洗；其中，浓硫酸的体积浓度为98％；

步骤B-1中采用氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液在温度为80℃条件下，对一次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗15分钟；之后，采用去离子水对经过氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗15分钟，完成二次清洗；其中，氨水的体积浓度为28％；

步骤C-1中采用浓盐酸、双氧水和去离子混合清洗溶液在温度为80℃条件下，对二次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗15分钟；之后，采用去离子水对经过浓盐酸、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗15分钟，完成三次清洗；其中，浓盐酸的体积浓度为38％；

步骤D-1中将三次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15放入体积浓度为99％的丙酮溶液，在室温下超声洗涤15分钟，再用氮气枪吹干，完成四次清洗；

步骤E-1中将四次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15放入体积浓度为99％的乙醇溶液，在室温下超声洗涤15分钟，再用氮气枪吹干，完成五次清洗。

步骤步骤A131中烘焙温度为100℃下进行烘焙20min；其中，旋转速度为3500r/min，光刻胶层的厚度为500nm；

步骤步骤A132中曝光功率为100W，曝光时间为15s，显影时间为60s；

步骤A133中光刻胶层的坚膜温度为200℃，光刻胶层的坚膜时间为20min；

步骤步骤A13-1中所述匀胶机的转速为6000r/min，所述电子束光刻胶层的厚度为100nm；烘热温度为180℃下进行烘热30min；

步骤A13-2中电子束曝光的电子能量为100KeV，电子束流为15nA，显影时间为30s；

步骤步骤A13-3中定影时间为30s，步骤A13-4中电子束光刻胶层的坚膜温度为180℃，电子束光刻胶层的坚膜时间为30min；

步骤A13-5中热蒸发镀膜的温度为1000℃，热蒸发镀膜的时间为2h。

本实施例中，进一步地所述半导体基底11的材质为Ge，第一导波缓冲层12的材质为SiO₂，所述压电薄膜层14的材质为AlN，所述叉指电极13的材质为Pt。

本实施例中，进一步地压电单晶基底15的材料为LiNbO₃。

本实施例中的其它过程与实施例1相同。

实施例3

与实施例1不同的是：步骤A11中采用磁控溅射法时生长温度为500℃，采用磁控溅射法时靶基距的取值范围为14cm；

步骤A-1中采用浓硫酸与双氧水混合清洗溶液在温度为115℃条件下，对半导体基底11或者压电单晶基底15清洗12分钟；之后，采用去离子水对经过浓硫酸与双氧水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗12分钟，完成一次清洗；其中，浓硫酸的体积浓度为96％；

步骤B-1中采用氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液在温度为75℃条件下，对一次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗12分钟；之后，采用去离子水对经过氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗12分钟，完成二次清洗；其中，氨水的体积浓度为26％；

步骤C-1中采用浓盐酸、双氧水和去离子混合清洗溶液在温度为75℃条件下，对二次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗12分钟；之后，采用去离子水对经过浓盐酸、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底11或者压电单晶基底15清洗12分钟，完成三次清洗；其中，浓盐酸的体积浓度为37％；

步骤D-1中将三次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15放入体积浓度为99％的丙酮溶液，在室温下超声洗涤12分钟，再用氮气枪吹干，完成四次清洗；

步骤E-1、将四次清洗后的半导体基底11或者压电单晶基底15放入体积浓度为99％的乙醇溶液，在室温下超声洗涤12分钟，再用氮气枪吹干，完成五次清洗。

步骤步骤A131中烘焙温度为90℃下进行烘焙17min；其中，旋转速度为3000r/min，光刻胶层的厚度为350nm；

步骤步骤A132中曝光功率为90W，曝光时间为12s，显影时间为55s；

步骤A133中光刻胶层的坚膜温度为185℃，光刻胶层的坚膜时间为17min；

步骤步骤A13-1中所述匀胶机的转速为4500r/min，所述电子束光刻胶层的厚度为75nm；烘热温度为165℃下进行烘热25min；

步骤A13-2中电子束曝光的电子能量为55KeV，电子束流为8nA，显影时间为20s；

步骤步骤A13-3中定影时间为20s，步骤A13-4中电子束光刻胶层的坚膜温度为165℃，电子束光刻胶层的坚膜时间为25min；

步骤A13-5中热蒸发镀膜的温度为800℃，热蒸发镀膜的时间为1h。

本实施例中，进一步地所述半导体基底11的材质为GaN，第一导波缓冲层12的材质为Si₃N₄，所述压电薄膜层14的材质为Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃，所述叉指电极13的材质为Au。

本实施例中，进一步地压电单晶基底15的材料为LiTaO₃。

本实施例中的其它过程与实施例1相同。

实施例4

本实施例中，与实施例1不同的是：

本实施例中，进一步地所述半导体基底11的材质为GaAs，第一导波缓冲层12的材质为SiC，所述压电薄膜层14的材质为CdS，所述叉指电极13的材质为Mo。

本实施例中，进一步地压电单晶基底15的材料为Li₂B₄O₇。

本实施例中的其它过程与实施例1相同。

实施例5

本实施例中，与实施例2不同的是：

本实施例中，进一步地所述半导体基底11的材质为Si，第一导波缓冲层12的材质为Si₃N₄，所述压电薄膜层14的材质为LiNbO₃，所述叉指电极13的材质为Au。

本实施例中，进一步地压电单晶基底15的材料为La₃Ga₅SiO₁₄。

本实施例中的其它过程与实施例2相同。

实施例6

本实施例中，与实施例3不同的是：

本实施例中，进一步地所述半导体基底11的材质为Si，第一导波缓冲层12的材质为SiC，所述压电薄膜层14的材质为PbTiO₃，所述叉指电极13的材质为Mo。

本实施例中，所述压电薄膜层14还可以为PMnN-PZT。

本实施例中，进一步地压电单晶基底15的材料为La₃Ga₅SiO₁₄。

本实施例中的其它过程与实施例3相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、不同尺度的微纳声学器件的制作，具体过程如下：

步骤101、设定声表面波波长的取值范围为(40nm～4000nm]，制作各个声表面波波长所对应的叉指电极激励的声学器件，所述叉指电极激励的声学器件包括压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件和压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件，设定第r个叉指电极激励的声学器件所对应的声表面波波长为λ_r，r为正整数，且1≤r≤N_s，N_s表示叉指电极激励的声学器件的总数，则对第r个叉指电极激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：

步骤A、叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A1、压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A11、选择半导体基底(11)，放置在真空度为10^-4Pa的真空腔内，采用磁控溅射法在所述半导体基底(11)上生长第一导波缓冲层(12)；之后，采用磁控溅射法在所述第一导波缓冲层(12)上生长压电薄膜层(14)；其中，所述半导体基底(11)的材质为Si、Ge、GaN或者GaAs，第一导波缓冲层(12)的材质为金刚石、SiO₂、Si₃N₄或者SiC，所述压电薄膜层(14)的材质为ZnO、AlN、Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃、CdS、LiNbO₃、PbTiO₃或者PMnN-PZT，半导体基底(11)的厚度大于100μm，采用磁控溅射法时生长温度为400℃～600℃，压电薄膜层(14)的厚度设计值h_s＝0.5λ_r，第一导波缓冲层(12)的厚度设计值为0.5λ_r，采用磁控溅射法时靶基距的取值范围为12cm～17cm；

步骤A12、对生长的压电薄膜层(14)进行分析判断，直至生长的压电薄膜层(14)合格；

步骤A13、采用热蒸发镀膜方法在生长合格的压电薄膜层(14)上生长金属电极薄膜层；之后，对金属电极薄膜层进行光刻处理或者电子束直写处理，得到两组叉指电极(13)，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，所述叉指电极(13)的材质为Al、Pt、Au或者Mo，叉指电极(13)的对数为30对，两组叉指电极(13)沿压电薄膜层(14)表面长度方向的中心对称布设，所述金属电极薄膜层的厚度和叉指电极(13)的厚度均为0.25λ_r，叉指电极(13)的宽度为0.25λ_r，待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离d_y为10λ_r，且薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域没有生长压电薄膜层(14)；

当叉指电极(13)的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理；当叉指电极(13)的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，得到两组叉指电极(13)；

步骤A14、采用引线键合设备对步骤A13中得到的待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；

步骤A2、压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件的制作：

步骤A21、选择压电单晶基底(15)；其中，压电单晶基底(15)的厚度大于100μm，压电单晶基底(15)的材料为石英、LiNbO₃、LiTaO₃、Li₂B₄O₇或者La₃Ga₅SiO₁₄；

步骤A22、按照步骤A13所述的方法，在压电单晶基底(15)上形成两组叉指电极(13)，并采用步骤A11中所述磁控溅射法在所述压电单晶基底(15)上生长第二导波缓冲层(16)，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，叉指电极(13)的对数为30对，两组叉指电极(13)沿压电单晶基底(15)表面长度方向的中心对称布设；所述第二导波缓冲层(16)位于待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域；

步骤A23、采用引线键合设备对步骤A22中得到的待封装压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件；

步骤B、多次重复步骤A，制作不同尺度的叉指电极激励的声学器件；其中，所述第r个叉指电极激励的声学器件具有四个引脚分别为输入引脚、第一接地引脚、输出引脚和第二接地引脚，r是将各个叉指电极激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤102、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，制作各个声表面波波长所对应的分子束激励的声学器件，所述分子束激励的声学器件包括压电薄膜结构的分子束激励的声学器件和压电单晶基底的分子束激励的声学器件；设定第r′个分子束激励的声学器件所对应的声表面波波长为λ″_r，r′为正整数，且N_s+1≤r′≤N″_s，N″_s表示叉指电极激励的声学器件和分子束激励的声学器件的总数，N″_s-N_s+1表示分子束激励的声学器件的总数，则对第r′个分子束激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：

步骤A01、分子束激励的声学器件的制作：

步骤A011、压电薄膜结构的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A11至步骤A13所述的方法，制作压电薄膜结构的分子束激励的声学器件；其中，压电薄膜结构的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极(13)；

步骤A012、压电单晶基底的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A21至步骤A22所述的方法，制作压电单晶基底的分子束激励的声学器件；其中，压电单晶基底的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极(13)；

步骤B01、多次重复步骤A01，制作不同尺度的分子束激励的声学器件；其中，r′是将各个分子束激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤二、不同尺度的微纳声学器件的参数测试：

步骤201、采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，获取第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值F_r、第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值S_r和第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值K_r；

步骤202、采用太赫兹时域光谱分析仪对第r′个分子束激励的声学器件的参数进行测试，获取第r′个分子束激励的声学器件的中心频率测量值F_r′、第r′个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值S_r′和第r′个分子束激励的声学器件的带宽测量值K_r′；

步骤三、不同尺度的微纳声学器件宏观声学理论计算值的获取及参数相对误差获取：

步骤301、在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处边界条件为应力连续和电势连续，且在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处所在平面的法线方向电位移不连续条件下，采用基于压电介质的耦合波动方程的有限元-边界元法，获取第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数；计算机调取COM模型，并输入第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数，根据COM模型得到第r个叉指电极激励的声学器件的输出端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输入导纳Y₁₁、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出导纳Y₂₂、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出端到第r个叉指电极激励的声学器件的输入端的转移导纳Y₁₂；

步骤302、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的正向传输系数S₂₁；其中，Z₁表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗匹配，Z₂表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗匹配，且Z₁＝Z₂＝50,R₁表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗实部，R₂表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗实部，且R₁＝R₂＝50；

步骤303、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值

步骤304、采用计算机给第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7F_g,r～1.3F_g,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7F_g,r以步进f_bj至1.3F_g,r扫频，并多次重复步骤301至步骤303，获取不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值其中，变频正弦波激励信号的幅值范围为1伏～5伏，步进f_bj的取值为100kHz；

步骤305、采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线；

步骤306、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率计算值并记作第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽计算值

步骤307、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差ΔF_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的带宽相对误差ΔK_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗相对误差ΔC_r；

步骤308、在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极(13)，得到第r′个等效的叉指电极激励的声学器件；其中，第r′个等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；重复步骤301至步骤307，获取与第r′个等效的叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；

步骤309、将N_s个叉指电极激励的声学器件和N″_s-N_s+1个等效的叉指电极激励的声学器件称作微纳声学器件，获取微纳声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；其中，r″为正整数，1≤r″≤N″_s，r″是将各个微纳声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；

步骤四、宏观声学理论失效判断及微观分子动力学理论对纳米尺度声学器件参数计算：

采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长为横坐标，以中心频率相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与频率相对误差曲线图；采用计算机判断当|ΔF_r″|＜|ΔF_r″+1|＜|ΔF_r″+2|＜|ΔF_r″+3|＜|ΔF_r″+4|，且3％＜|ΔF_r″|＜|ΔF_r″+1|＜|ΔF_r″+2|＜|ΔF_r″+3|＜|ΔF_r″+4|成立时，则中心频率相对误差绝对值|ΔF_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔF_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，r″+1、r″+2、r″+3和r″+4均为正整数，且r″+1、r″+2、r″+3和r″+4的取值均在1～N″_s范围内；

或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以带宽相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与带宽相对误差曲线图；采用计算机判断当|ΔK_r″|＜|ΔK_r″+1|＜|ΔK_r″+2|＜|ΔK_r″+3|＜|ΔK_r″+4|，且3％＜|ΔK_r″|＜|ΔK_r″+1|＜|ΔK_r″+2|＜|ΔK_r″+3|＜|ΔK_r″+4|成立时，则带宽相对误差绝对值|ΔK_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔK_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值；

或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以插入损耗相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与插入损耗相对误差绝对值曲线图；采用计算机判断当|ΔC_r″|＜|ΔC_r″+1|＜|ΔC_r″+2|＜|ΔC_r″+3|＜|ΔC_r″+4|，且3％＜|ΔC_r″|＜|ΔC_r″+1|＜|ΔC_r″+2|＜|ΔC_r″+3|＜|ΔC_r″+4|成立时，则插入损耗相对误差绝对值|ΔC_r″|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λ_sy；其中，|ΔC_r″+1|表示第r″+1个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+2|表示第r″+2个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+3|表示第r″+3个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r″+4|表示第r″+4个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值；

之后，将声表面波波长的取值在4nm～λ_sy范围的微纳声学器件称为纳米尺度声学器件，则采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数。

2.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤A12中对生长的压电薄膜层(14)进行分析判断，具体过程如下：

步骤A121、采用FR-Monitor膜厚仪对生长的压电薄膜层(14)的厚度进行测量，获取生长的压电薄膜层(14)的测量厚度并记作h_c，并将压电薄膜层(14)的测量厚度h_c和压电薄膜层(14)的厚度设计值h_s进行比较，当时，说明生成的压电薄膜层(14)厚度参数合格，执行步骤1022；否则，当时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；

步骤A122、采用Bruker D8 ADVANCE型X射线衍射仪对生长的压电薄膜层(14)进行X射线衍射，获取以衍射角为横坐标，以压电薄膜层(14)衍射峰相对强度为纵坐标的压电薄膜层(14)的X射线衍射谱测量图，并将压电薄膜层(14)的X射线衍射谱测量图与压电薄膜层(14)所含标准PDF卡片进行对比，将压电薄膜层(14)的X射线衍射谱测量图中峰值所对应的衍射角记作J_c，将压电薄膜层(14)所含标准PDF卡片中峰值所对应的衍射角记作J_s，当时，说明生成的压电薄膜层(14)衍射角合格，执行步骤A123；否则，当时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；

步骤A123、采用Thermo Fisher ESCALAB Xi+型X射线光电子能谱分析仪对生长的压电薄膜层(14)元素进行测量，获取以元素的结合能为横坐标，以元素的相对强度为纵坐标的压电薄膜层(14)的光电子能谱图，并根据压电薄膜层(14)的光电子能谱图获取压电薄膜层(14)所含元素和杂质元素，并获取压电薄膜层(14)所含元素的相对强度和压电薄膜层(14)杂质元素的相对强度，当压电薄膜层(14)中任一杂质元素的相对强度小于压电薄膜层(14)所含任一元素的相对强度的1％，说明生成的压电薄膜层(14)所含元素合格，执行步骤A124；否则，重复步骤A11；

步骤A124、采用本原CSPM5500型原子力显微镜对生长的压电薄膜层(14)的表面粗糙度进行测量，获取生长的压电薄膜层(14)的表面粗糙度并记作C_c，并将压电薄膜层(14)的表面粗糙度C_c和压电薄膜层(14)的厚度设计值h_s进行比较，当C_c≤5％h_s时，说明生成的压电薄膜层(14)表面粗糙度合格，执行步骤A125；否则，当C_c＞5％h_s时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；

步骤A125、采用压电响应力显微镜对生长的压电薄膜层(14)的压电常数进行测量，获取生长的压电薄膜层(14)的压电常数并记作Y_c，并将压电薄膜层(14)的压电常数和压电薄膜层(14)所需的压电常数最小值10^-12进行比较，当Y_c＞10^-12时，说明生成的压电薄膜层(14)压电常数合格，则说明生成的压电薄膜层(14)；否则，当Y_c≤10^-12时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；其中，压电薄膜层(14)的压电常数的单位为C/N。

3.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤一中叉指电极激励的声学器件制作，之前，需要对半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)进行清洗，具体过程如下：

步骤A-1、采用浓硫酸与双氧水混合清洗溶液在温度为110℃～120℃条件下，对半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过浓硫酸与双氧水混合清洗溶液清洗的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟，完成一次清洗；其中，浓硫酸的体积浓度为95％～98％，浓硫酸和双氧水的体积比为4:1；

步骤B-1、采用氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液在温度为70℃～80℃条件下，对一次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟，完成二次清洗；其中，氨水的体积浓度为25％～28％，氨水、双氧水和去离子水的体积比为1:1:4；

步骤C-1、采用浓盐酸、双氧水和去离子混合清洗溶液在温度为70℃～80℃条件下，对二次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过浓盐酸、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟，完成三次清洗；其中，浓盐酸的体积浓度为36％～38％，浓盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1:1:5；

步骤D-1、将三次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)放入体积浓度为99％的丙酮溶液，在室温下超声洗涤10分钟～15分钟，再用氮气枪吹干，完成四次清洗；

步骤E-1、将四次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)放入体积浓度为99％的乙醇溶液，在室温下超声洗涤10分钟～15分钟，再用氮气枪吹干，完成五次清洗。

4.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤A11采用磁控溅射法生长第一导波缓冲层(12)或者压电薄膜层(14)时，根据公式h′_s＝0.03066P+499.233t-1.5329生长第一导波缓冲层(12)或者压电薄膜层(14)；其中，P表示溅射功率，单位为W，t表示溅射时间，单位为h，溅射功率P的取值范围为70W～150W，溅射时间t的取值范围为1/360h～4h，h′_s表示采用磁控溅射法时薄膜生长厚度参数。

5.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：当步骤A13中当叉指电极(13)的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理，具体过程如下：

步骤A131、采用旋涂法将光刻胶涂敷在金属电极薄膜层表面，形成光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘焙温度为80℃～100℃下进行烘焙15min～20min；其中，旋转速度为2500r/min～3500r/min，光刻胶层的厚度为200nm～500nm；

步骤A132、在光刻胶层上放置掩膜版，并采用紫外曝光对光刻胶层进行曝光处理；之后，采用体积浓度为99％丙酮溶液对光刻胶层进行显影处理；其中，曝光功率为80W～100W，曝光时间为10s～15s，显影时间为50s～60s；

步骤A133、显影处理后，对光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，光刻胶层的坚膜温度为170℃～200℃，光刻胶层的坚膜时间为15min～20min；

步骤A134、采用湿法刻蚀方法按照叉指图形对金属电极薄膜层进行刻蚀，图形转移完成后，采用体积浓度为99％的丙酮溶液除去残余光刻胶，得到两组叉指电极(13)，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；

当叉指电极(13)的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，具体过程如下：

步骤A13-1、当制作压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电薄膜层(14)表面，形成电子束光刻胶层；当制作压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电单晶基底(15)表面，形成电子束光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘热温度为150℃～180℃下进行烘热20min～30min；其中，所述匀胶机的转速为3000r/min～6000r/min，所述电子束光刻胶层的厚度为50nm～100nm；

步骤A13-2、采用电子束曝光机对电子束光刻胶层进行电子光束曝光，并将叉指电极转移到电子束光刻胶层；之后，采用甲基异丁基甲酮、异丙醇和水体积比为7:2:1的显影溶液对电子束光刻胶层进行显影处理；其中，电子束曝光的电子能量为10KeV～100KeV，电子束流为1nA～15nA，显影时间为10s～30s；

步骤A13-3、显影处理后用氮气吹干，之后，采用体积浓度为99％异丙醇溶液对电子束光刻胶层进行定影处理；其中，定影时间为10s～30s；

步骤A13-4、对电子束光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，电子束光刻胶层的坚膜温度为150℃～180℃，电子束光刻胶层的坚膜时间为20min～30min；

步骤A13-5、在步骤A13-4中得到的叉指图形上，采用热蒸发镀膜方法沉积金属电极薄膜层；之后，放入体积浓度为99％的丙酮溶液中进行去胶并剥离处理，获得两组叉指电极(13)；其中，热蒸发镀膜的真空度小于10^-4Pa，热蒸发镀膜的温度为600℃～1000℃，热蒸发镀膜的时间为5s～2h。

6.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤一中不同尺度叉指电极激励的声学器件的获取，具体过程如下：

步骤10-1、将声表面波波长的取值范围为(40nm～4000nm]，并将声表面波波长划分为40nm＜λ^b≤400nm和400nm＜λ^c≤4000nm两个声表面波波长区间；λ^b表示声表面波波长在(40nm～400nm]范围中任一声表面波波长，λ^c表示声表面波波长在(400nm～4000nm]范围中任一声表面波波长；

步骤10-2、当400nm＜λ^c≤4000nm时，根据获取第i″个叉指电极激励的声学器件和第i″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，i″和i″-1均为正整数，且i″和i″-1的取值均在1～18的范围内；

步骤10-3、当40nm＜λ^b≤400nm时，根据获取第j″个叉指电极激励的声学器件和第j″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，j″和j″-1均为正整数，且j″和j″-1的取值均在19～36的范围内，N_s＝36；

步骤10-4、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，则4nm≤λ^a≤40nm，其中，λ^a表示声表面波波长在[4nm～40nm]范围中任一声表面波波长；

根据获取第e′个叉指电极激励的声学器件和第e′-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，e′和e′-1均为正整数，且e′和e′-1的取值均在37～46的范围内，且N″_s＝46。

7.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤201中采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：

步骤2011、将所述矢量网络分析仪的输出测试端口通过输出导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚连接，将矢量网络分析仪的输入测试端口通过输入导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚连接，第r个叉指电极激励的声学器件的第一接地引脚和第二接地引脚均与所述矢量网络分析仪的接地端口连接；

步骤2012、操作所述矢量网络分析仪，使所述矢量网络分析仪的输出测试端口对第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7F_g,r～1.3F_g,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7F_g,r以步进f_bj至1.3F_g,r扫频，同时所述矢量网络分析仪的输入测试端口获取扫频过程中施加变频正弦波激励信号时第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚的响应信号；

步骤2013、根据公式得到不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r，V_s表示变频正弦波激励信号的幅值，V_f表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚在不同频率正弦波激励信号下的响应信号的幅值；

步骤2014、将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r输入计算机，并采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗C_f,r进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线；

步骤2015、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值F_r，第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值C_r，第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值C_r-3dB所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值K_r。

8.按照权利要求1所述一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤202中采用太赫兹时域光谱分析仪对第r个分子束激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：

步骤2021、根据公式得到第r′个分子束激励的声学器件所需单位面积激励能量E′_σ；其中，ε′₀表示真空介电常数，且ε′₀＝8.854187817×10^-12，ε′_p表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的有效介电常数，K_oh表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的机电耦合系数，a′表示与第r′个分子束激励的声学器件等效的叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度；其中，等效的叉指电极激励的声学器件表示在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极(13)，且等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；

步骤2022、采用分子束发生器垂直发射分子束至第r个分子束激励的声学器件表面，同时采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲至第r个分子束激励的声学器件表面，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图，并发送至计算机；之后，拆卸第r个分子束激励的声学器件，采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲，得到未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图，并发送至计算机；其中，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的中心波长为800nm，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的重复频率为80MHz，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的脉宽为100fs；

步骤2023、采用计算机调取傅里叶变换模块，分别对第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图和未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图进行傅里叶变换，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图；其中，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的横坐标均为太赫兹电磁波频率，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的纵坐标均为太赫兹电磁波的电场振幅；

步骤2024、根据公式得到第r个分子束激励的声学器件在太赫兹电磁波频率为d时的插入损耗C′_f,r,d；其中V_y,d表示第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅，V_w,d表示未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅；太赫兹电磁波频率d的取值范围为200GHz～4THz；

步骤2025、并采用计算机将第r个分子束激励的声学器件在不同太赫兹频率时的插入损耗进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个分子束激励的声学器件的频率损耗测试曲线，并重复步骤2015，得到第r个分子束激励的声学器件的中心频率测量值F_r、第r个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值C_r和第r个分子束激励的声学器件的带宽测量值K_r。

9.按照权利要求1所述一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤四中采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，具体过程如下：

步骤401、构建纳米尺度声学器件振动激励系统：在承载台(1)上放置纳米尺度声学器件，利用扰动施加机构(3)对所述纳米尺度声学器件施加扰动，通过超高分辨率激光光谱仪观察所述纳米尺度声学器件波动状态，通过计算机计算反映所述纳米尺度声学器件声学效应的参数，所述扰动施加机构(3)、所述纳米尺度声学器件、所述超高分辨率激光光谱仪和所述计算机构成纳米尺度声学器件振动激励系统，所述扰动施加机构(3)为分子束发生器，所述分子束发生器的数量为多个，所述分子束发生器为点源分子束发生器、线源分子束发生器或面源分子束发生器；

步骤402、调节分子束发生器：根据实验需求选取所需类型的分子束发生器，调节分子束发生器发出的分子束的方向和力度，对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面部分区域施加扰动；

根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的加速度其中，m_0i′为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的质量，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子受到的扰动作用合力；

根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的速度和位置坐标为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始速度，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始位置坐标，t′为时间；其中，所述压电介质为压电薄膜层(14)或者压电单晶基底(15)，所述压电介质的上表面部分区域是指压电介质的上表面所应设置叉指电极的上电极区域；

步骤403、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的势函数U_pj′(r_pj′)，其中，r_pj′为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的间距，p≠j′，ε为结合强度参数且ε取值为0.01032eV，σ为分子半径的参数且σ取值为3.405埃；

步骤404、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的作用合力其中，N′为纳米尺度声学器件中分子总数，为纳米尺度声学器件中第p个分子的梯度；

根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的加速度其中，m_p为纳米尺度声学器件中第p个分子的质量；

根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的速度和位置坐标为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始速度，为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始位置坐标；

步骤405、重复步骤403至步骤404，获取不同时刻的纳米尺度声学器件中第P个分子的作用合力、速度和位置坐标；

步骤406、建立三维直角坐标系：所述纳米尺度声学器件放置在承载台(1)上，在承载台(1)上表面所在平面内建立相互垂直的x轴和z轴，在垂直于承载台(1)上表面所在平面的方向设立y轴，x轴、z轴和y轴共同构成三维直角坐标系，所述纳米尺度声学器件的底面位于x轴和z轴所在的平面内，令所述纳米尺度声学器件中分子波动的方向与x轴平行，所述纳米尺度声学器件的高度方向与y轴平行；

步骤407、根据公式计算纳米尺度声学器件的平均应力η^xy，其中，V′为纳米尺度声学器件的体积，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的y轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的作用合力的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的间距的y轴分量；

根据公式计算纳米尺度声学器件x方向的应变ζ_x和纳米尺度声学器件y方向的应变ζ_y，其中，L_x0为纳米尺度声学器件x方向的初始长度，L_x为纳米尺度声学器件x方向的变形后长度，L_y0为纳米尺度声学器件y方向的初始长度，L_y为纳米尺度声学器件y方向的变形后长度；

步骤408、根据胡克定律计算弹性常数C₁₁、C₁₂和C₄₄，其中，η_x为纳米尺度声学器件的平均应力η^xy的x轴分量，η_y为纳米尺度声学器件的平均应力η^xy的y轴分量，τ_xy为纳米尺度声学器件垂直于x轴的截面在y方向的剪切应力且A′为剪切面面积，F_Δ为剪切面内所有分子的合力，γ_xy为在剪切应力作用下的剪切应变且u′为剪切面内形变分子沿x方向的位移量，θ为剪切面内形变分子沿y方向的位移量；

步骤409、根据公式计算纳米尺度声学器件中传播的声表面波纵波的波速V_t′、泊松比g和纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度V_R，其中，ρ为纳米尺度声学器件材料密度；

步骤4010、根据公式计算纳米尺度声学器件的中心频率f_z，其中，λ′为声表面波波长，且λ′的取值范围为4nm～λ_sy；

步骤4011、确定声波传播系数：在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立其所受压力与分子粘滞力相互作用的力学方程在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立导热特性产生的力与声压的力学方程其中，Φ为纳米尺度声学器件的粘滞损耗率，Ω为导热损耗系数，P为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面相对于无扰动时的压强改变量，W为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内所有分子的平均速度，K为纳米尺度声学器件的压缩率；其中，所述纳米尺度声学器件基底为半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)；

对进行拉普拉斯变换求解，得其中， 为声波传播系数，将转换为得的拉普拉斯通解为P'(s)和P”(s)均为常数，由于分子束发生器对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面施加扰动，可知纳米尺度声学器件为半无限介质，则频域内在半无限介质中始端声压为已知量P(0,jω)，且P'(s)＝P(0,jω)，因此与半无限介质中始端相距X处的声压为与半无限介质中始端相距X+1处的声压为对取对数变换得令β为的实部；

步骤4012、根据公式计算声波损耗IL，绘制声波损耗与频率的对应关系图，声波损耗与频率的对应关系图中声波损耗峰值位置对应的频率值为纳米尺度声学器件的中心频率f_z；

当时，解得待求频率f_e对应的声波损耗值存在两个频率解：f₁和f₂，即待求频率f_e为f₁和f₂，为中心频率f_z对应的声波损耗值，则|f₂-f₁|为纳米尺度声学器件的带宽；

即得到纳米声学器件的纳米声学效应参数：纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度V_R、纳米尺度声学器件的中心频率f_z、声波损耗IL和纳米尺度声学器件的带宽|f₂-f₁|。

10.按照权利要求9所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：所述分子束发生器为氩气分子束发生器、氮气分子束发生器或氦气分子束发生器。