CN114094982A - 石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法 - Google Patents

石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114094982A
CN114094982A CN202111417968.0A CN202111417968A CN114094982A CN 114094982 A CN114094982 A CN 114094982A CN 202111417968 A CN202111417968 A CN 202111417968A CN 114094982 A CN114094982 A CN 114094982A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
acoustic wave
surface acoustic
wave filter
piezoelectric substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111417968.0A
Other languages
English (en)
Inventor
邱伟成
潘孟春
胡悦国
郭颜瑞
李裴森
胡佳飞
彭俊平
张琦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202111417968.0A priority Critical patent/CN114094982A/zh
Publication of CN114094982A publication Critical patent/CN114094982A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C01B32/186—Preparation by chemical vapour deposition [CVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • H03H3/10—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves for obtaining desired frequency or temperature coefficient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法，该石墨烯声表面波滤波器件包括由下至上依次设置的压电基底、催化金属电极层以及石墨烯层，石墨烯层与催化金属电极层共同组成石墨烯叉指电极。制备方法包括：(1)将压电基底进行清洗；(2)在压电基底上图形化制备催化金属电极层；(3)在催化金属电极层上生长石墨烯，形成石墨烯叉指电极。本发明采用化学气相沉积与金属层催化裂解相结合的方法制备石墨烯/金属层，能显著降低催化金属电极层的厚度和石墨烯生长温度，且使石墨烯叉指电极与压电基底之间具有更强的结合力，可显著改善石墨烯质量及声表面波滤波器件的性能。

Description

石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及通信、传感技术领域，尤其涉及一种石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法。
背景技术
声表面波(SAW)器件具有小型化、高灵敏、高一致性等优点，在相控雷达、卫星、移动、电子对抗等射频通信以及温度、压力等高精度传感领域获得了广泛应用。当前SAW器件的工作频率主要由叉指电极宽度、厚度以及声表面波声速决定，而传统金属叉指电极厚度通常在100nm左右，在高频模式下，质量负载效应和界面耦合效应将不可忽略，从而无法胜任高频应用需求。
石墨烯具有单原子层厚度，而且导电率高，作为叉指电极有望实现高频新型SAW器件。另外，石墨烯本身电阻小、散热快，对改善高Q值滤波器的功率耐受性和温度稳定性具有独特优势。目前，石墨烯叉指电极主要通过将石墨烯转移到压电基底然后刻蚀石墨烯的方法制备。该方法得到的石墨烯/压电基底界面结合力小，会严重影响器件性能。而采用在压电基底上无催化直接生长法，为了促进碳源裂解，需要提高生长温度至1400度以上，这势必会引入一系列新的问题，比如石墨烯褶皱、基底表面粗糙化、污染物增加等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法，本发明能够实现低温下石墨烯直接生长，从而确保石墨烯叉指电极及声表面波滤波器件性能。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种石墨烯声表面波滤波器件，包括由下至上依次设置的压电基底、催化金属电极层以及石墨烯层，所述石墨烯层与所述催化金属电极层共同组成石墨烯叉指电极。
上述的石墨烯声表面波滤波器件，优选的，所述催化金属电极层是以具有催化裂解碳源功能的过渡金属为原料制备得到。
上述的石墨烯声表面波滤波器件，优选的，所述过渡金属包括铁、钴、镍和铜中的一种。
上述的石墨烯声表面波滤波器件，优选的，所述催化金属电极层的厚度≤10nm。
上述的石墨烯声表面波滤波器件，优选的，所述压电基底的构成材料为铌酸锂、钽酸锂或Ⅲ-Ⅴ族化合物压电材料。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、将压电基底进行清洗；
S2、在压电基底上图形化制备催化金属电极层；
S3、在催化金属电极层上生长石墨烯，形成石墨烯叉指电极，得到石墨烯声表面波滤波器件。
上述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，优选的，步骤S3中，步骤S3中，所述石墨烯的生长采用等离子体增强化学气相沉积法进行实施，其中，反应温度为550℃～800℃，反应时间为10s～100s。
上述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，优选的，步骤S2中，所述图形化制备催化金属电极层包括以下步骤：在所述压电基底上沉积催化金属薄膜，然后在催化金属薄膜上旋涂光刻胶、曝光、显影后，以光刻胶为掩膜Ar离子刻蚀出预设图形，去除光刻胶，得到催化金属电极层；
上述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，优选的，步骤S2中，所述图形化制备催化金属电极层包括以下步骤：在所述压电基底上旋涂光刻胶、曝光、显影后，沉积预设图形的催化金属薄膜并浸泡丙酮进行剥离，得到催化金属电极层。
上述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，优选的，步骤S2中，所述催化金属电极层采用电子束蒸发或磁控溅射方式沉积。
上述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，优选的，步骤S1中，所述清洗过程为：将压电基底先用丙酮溶液超声清洗5min～10min，然后用异丙醇溶液超声清洗5min～10min，再用水超声清洗5min～10min，用氮气吹干，重复上述步骤直至用显微镜观察压电基底的表面无杂质颗粒和水渍。
本发明中，Ⅲ-Ⅴ族化合物压电材料是指由元素周期表ⅢA族和ⅤA族元素组成的一类压电材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的石墨烯声表面波滤波器件，与现有声表面波滤波器相比，由于电极厚度更薄，质量更轻，滤波频率可以做得更高，品质因子Q值可以更大。
2、本发明采用化学气相沉积法直接在催化金属电极层上生长石墨烯，形成的石墨烯/金属层界面作用力为共价键，相比于传统石墨烯转移法得到的石墨烯声表面波器件，该方法制备的石墨烯叉指电极与压电基底之间具有更强的结合力，而且催化金属电极层很薄，并不会削弱压电基底在石墨烯叉指电极中产生的声表面波，因此可以有利于提高品质因子Q值，提升滤波器频率，改善石墨烯声表面波滤波器件的性能。
3、本发明采用PECVD与金属层催化裂解相结合的方法，相较于在压电基底上无催化直接生长的方法，能显著降低石墨烯生长温度，避免高温生长引入的石墨烯褶皱、基底表面粗糙化、污染物增加等问题，进一步提高石墨烯质量，从而实现高性能石墨烯声表面波滤波器件。
附图说明
图1为本发明实施例1中石墨烯声表面波滤波器件的俯视结构示意图。
图2为本发明实施例1中石墨烯声表面波滤波器件制备方法的工艺流程图。
图例说明：
1、压电基底；2、催化金属电极层；3、石墨烯层；4、声表面波发生器；5、声表面波接收器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的石墨烯声表面波滤波器件，如图1所示，包括由下至上依次设置的压电基底1、催化金属电极层2以及石墨烯层3，石墨烯层3覆盖在催化金属电极层2上，二者皆为叉指结构，石墨烯层3与催化金属电极层2共同组成石墨烯叉指电极，图1中左右两侧的叉指电极分别称为声表面波发生器4和声表面波接收器5。
本实施例中，催化金属电极层2是以具有催化裂解碳源功能的过渡金属为原料制备得到，过渡金属具体为镍，该催化金属电极层2的厚度为10nm。
本实施例中，压电基底1由铌酸锂压电材料构成，通过逆压电效应在石墨烯叉指电极中产生声表面波。
一种本实施例的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、提供压电基底1并清洗表面：在超净间中，将压电基底1放入丙酮溶液中超声清洗5min，然后放入异丙醇溶液中超声清洗5min，再放入去离子水中超声清洗5min，用高纯氮气枪吹干净，重复上述清洗过程直至用显微镜观察压电基底表面无明显杂质颗粒和水渍。
S2、在压电基底1上图形化制备催化金属电极层2：在压电基底1上沉积催化金属薄膜，本实施例采用电子束蒸发方式沉积，在催化金属薄膜上旋涂光刻胶，曝光、显影后，以光刻胶为掩膜，采用Ar离子刻蚀催化金属薄膜呈叉指结构，然后去除光刻胶，从而得到催化金属电极层2；
S3、在催化金属电极层2上生长石墨烯：将覆盖有催化金属电极层2的压电基底置于等离子体化学气相沉积系统中，在温度升高至600℃后，通入含有碳源的前驱气体甲烷和氢气并开启等离子体，等待20s后，关闭等离子体并停止碳源的通入，降温冷却，完成催化金属电极层2上石墨烯的直接生长，形成石墨烯层3，石墨烯层3与催化金属电极层2共同组成石墨烯叉指电极，即得到石墨烯声表面波滤波器件。
在其他实施例中，步骤S2中也可以在压电基底1上先旋涂光刻胶、曝光、显影后，再沉积催化金属薄膜并浸泡丙酮进行剥离，得到催化金属电极层2。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯声表面波滤波器件，其特征在于，包括由下至上依次设置的压电基底(1)、催化金属电极层(2)以及石墨烯层(3)，所述石墨烯层(3)与所述催化金属电极层(2)共同组成石墨烯叉指电极。
2.根据权利要求1所述的石墨烯声表面波滤波器件，其特征在于，所述催化金属电极层(2)是以具有催化裂解碳源功能的过渡金属为原料制备得到。
3.根据权利要求2所述的石墨烯声表面波滤波器件，其特征在于，所述过渡金属包括铁、钴、镍和铜中的一种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的石墨烯声表面波滤波器件，其特征在于，所述催化金属电极层(2)的厚度≤10nm。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的石墨烯声表面波滤波器件，其特征在于，所述压电基底(1)的构成材料为铌酸锂、钽酸锂或Ⅲ-Ⅴ族化合物压电材料。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将压电基底(1)进行清洗；
S2、在压电基底(1)上图形化制备催化金属电极层(2)；
S3、在催化金属电极层(2)上生长石墨烯，形成石墨烯叉指电极，得到石墨烯声表面波滤波器件。
7.根据权利要求6所述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述石墨烯的生长采用等离子体增强化学气相沉积法进行实施，其中，反应温度为550℃～800℃，反应时间为10s～100s。
8.根据权利要求6或7所述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述图形化制备催化金属电极层(2)包括以下步骤：在所述压电基底(1)上沉积催化金属薄膜，然后在催化金属薄膜上旋涂光刻胶、曝光、显影后，以光刻胶为掩膜Ar离子刻蚀出预设图形，去除光刻胶，得到催化金属电极层(2)；
或者，步骤S2中，所述图形化制备催化金属电极层(2)包括以下步骤：在所述压电基底(1)上旋涂光刻胶、曝光、显影后，沉积预设图形的催化金属薄膜并浸泡丙酮进行剥离，得到催化金属电极层(2)。
9.根据权利要求8所述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述催化金属电极层(2)采用电子束蒸发或磁控溅射方式沉积。
10.根据权利要求8所述的石墨烯声表面波滤波器件的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述清洗过程为：将压电基底(1)先用丙酮溶液超声清洗5min～10min，然后用异丙醇溶液超声清洗5min～10min，再用水超声清洗5min～10min，用氮气吹干，重复上述步骤直至用显微镜观察压电基底(1)的表面无杂质颗粒和水渍。
CN202111417968.0A 2021-11-25 2021-11-25 石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法 Pending CN114094982A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111417968.0A CN114094982A (zh) 2021-11-25 2021-11-25 石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111417968.0A CN114094982A (zh) 2021-11-25 2021-11-25 石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114094982A true CN114094982A (zh) 2022-02-25

Family

ID=80304679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111417968.0A Pending CN114094982A (zh) 2021-11-25 2021-11-25 石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114094982A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115274889A (zh) * 2022-06-17 2022-11-01 中国科学院半导体研究所 石墨烯器件及其制备方法、光电探测器
CN116208107A (zh) * 2023-03-10 2023-06-02 北京中科飞鸿科技股份有限公司 一种声表面波滤波器及其制备方法和应用

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115274889A (zh) * 2022-06-17 2022-11-01 中国科学院半导体研究所 石墨烯器件及其制备方法、光电探测器
CN116208107A (zh) * 2023-03-10 2023-06-02 北京中科飞鸿科技股份有限公司 一种声表面波滤波器及其制备方法和应用
CN116208107B (zh) * 2023-03-10 2024-01-26 北京中科飞鸿科技股份有限公司 一种声表面波滤波器及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114094982A (zh) 石墨烯声表面波滤波器件及其制备方法
CN108493325A (zh) 一种高频高性能声表面波器件及其制备方法
JP2002094356A (ja) 表面弾性波フィルター及びその製造方法
CN111262543A (zh) 一种钪掺杂氮化铝兰姆波谐振器与制备方法
JP2001524296A (ja) Ｚｎ▲下（１−Ｘ）▼Ｙ▲下Ｘ▼Ｏ圧電体層デバイスを使用する表面弾性波デバイス及びバルク音波デバイス
WO2008013309A1 (fr) Nanoparoi de carbone à structure contrôlée et procédé de contrôle de la structure d'une nanoparoi de carbone
US7820245B2 (en) Method of synthesizing single-wall carbon nanotubes
CN110258106A (zh) 一种基于碳纤维织物、金属镍纳米颗粒和石墨烯的夹层式柔性电磁屏蔽材料的制备方法
CN111446944A (zh) 一种利于集成的空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN107298439B (zh) 一种利用飞秒激光制备石墨烯片的方法
CN108471298B (zh) 空气腔型薄膜体声波谐振器及其制作方法
CN110417374A (zh) 一种薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN117750868B (zh) 一种复合压电衬底及其制备方法
JP3146112B2 (ja) プラズマｃｖｄ装置
KR102165907B1 (ko) 수소 발생용 촉매 및 이의 제조 방법
CN108111142A (zh) 一种基于碳化硅衬底/氧化锌或掺杂氧化锌薄膜的声表面波器件及其制备方法
JPS6170716A (ja) シリコン薄膜ピエゾ抵抗素子の製造法
CN212163290U (zh) 一种钪掺杂氮化铝兰姆波谐振器
CN110504937B (zh) 一种薄膜体声波谐振器结构及其制备方法
KR100236975B1 (ko) 질화알루미늄/수소화된 질화알루미늄/질화알루미늄 3층 박막을 이용한 탄성표면파 필터의 제조방법
CN102122936A (zh) 一种用于声表面波器件的氮化铝压电薄膜及其制备方法
CN111312851A (zh) 一种AlN纳米线日盲区探测器的制备方法
CN115208348A (zh) 一种声表面波谐振器及其制作方法和滤波器
CN109346405B (zh) 一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法
CN217116049U (zh) 一种高性能声表面波滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination