CN117813765A - 体声波谐振器及其制备方法、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种体声波谐振器及其制备方法、电子设备，属于通信技术领域。本公开的体声波谐振器包括：第一衬底基板、第一电极、压电层和第二电极；所述第一电极设置在所述第一衬底基板上，所述第二电极设置在所述第一电极背离所述第一衬底基板的一侧，所述压电层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且所述第一电极、所述压电层和所述第二电极中的任意两者在所述第一衬底基板上的正投影至少部分重叠；其中，所述压电层的材料的声速不小于18000m/s。
Description
本公开属于通信技术领域，具体涉及一种体声波谐振器及其制备方法、电子设备。
在移动通信领域，因为分配下来总的可用频率范围较窄，且用于移动通信的频段较多，相邻频段间的间距很窄(约几兆赫兹至几十兆赫兹)、单个频段的带宽很窄(几十兆赫兹)，要求用于手机中的滤波器必须具备带内波纹小、带外抑制大、矩形度好的性能特征。常规的微带滤波器体积较大、带外抑制不够大、矩形度差，无法对应；腔体滤波器体积很大，无法对应；介质滤波器带内插损较大、矩形度差，无法对应；IPD滤波器带内波纹大、矩形度较差，无法对应。
体声波谐振器作为体声波滤波器的基本构成结构单元，现有的体声波谐振器采用硅晶圆作为衬底材料，其上采用三明治结构自下而上为第一电极、压电材料、第二电极。工作原理是射频信号从谐振器一端的电极传入，然后在压电材料与金属电极的界面处通过逆压电效应转换成机械振动的声波信号，该声波信号在第一电极、压电材料、第二电极的三明治结构中形成谐振的具有一定频率的驻波，射频信号的频率与谐振器的谐振频率相等，声波信号传至谐振器另一端的电极处，在金属电极与压电材料的界面处再通过压电效应将声波信号转换成射频信号。谐振器具有固定的谐振频率，当射频信号的频率等于谐振器的谐振频率时，射频信号→声波信号→射频信号的转换效率高；当射频信号的频率不等于谐振器的谐振频率时，射频信号→声波信号→射频信号的转换效率很低，绝大部分的射频信号均不能从谐振器传输过去，即谐振器相当于一个滤波器的功能，对射频信号进行滤波。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种体声波谐振器及其制备方法、电子设备。
本公开实施例提供一种体声波谐振器，其包括：第一衬底基板、第一电极、压电层和第二电极；所述第一电极设置在所述第一衬底基板上，所述第二电极设置在所述第一电极背离所述第一衬底基板的一侧，所述压电层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且所述第一电极、所述压电层和所述第二电极中的任意两者在所述第一衬底基板上的正投影至少部分重叠；其中，所述压电层的材料的声速不小于18000m/s。
其中，所述压电层的材料包括hBN、cBN、wBN中的任意一种。
其中，所述体声波谐振器还包括设置在所述第一电极层和所述压电层之间的诱导层，且所述诱导层在所述第一衬底基板上的正投影覆盖所述压电层在所述第一衬底基板上的正投影。
其中，所述诱导层的材料包括石墨烯。
其中，还包括与所述第二电极同层设置的第一连接电极，所述第一连接电极通过贯穿所述压电层的第一连接过孔与所述第一电极电连接。
其中，所述第一电极的材料包括Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au中的任意一种或者多种。
其中，所述第一衬底基板具有沿其厚度方向贯穿的第一腔体；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一腔体包括相对设置的第一开口和第二开口；所述第一开口位于所述第一表面，所述第二开口位于所述第二表面；所述第一电极覆盖所述第一开口。
其中，所述第一衬底基板具有第一槽部；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一槽部包括第三开口，所述第三开口位于所述第一表面；所述第一电极位于所述第一表面上；所述第三开口在所述第二表面上的正投影的轮廓，且与所述第一电极在所述第二表面上的正投影的轮廓内。
其中，在所述第一衬底基板的第一表面与所述第一电极之间设置有隔离层。
其中，所述体声波谐振器还包括贯穿所述第一电极和隔离层的至少一个 第一通孔，所述第一通孔与所述第一槽部连通。
其中，所述体声波谐振器还包括设置在第一电极和所述第一衬底基板之间的至少一层反射镜结构；所述反射镜结构包括沿背离所述第一衬底基板方向依次设置的第一子结构层和第二子结构层，且所述第一子结构层的材料的声阻抗大于第二子结构层的材料的声阻抗。
其中，所述体声波谐振器还包括设置在所述第二电极背离所述第一衬底基板一侧的封装层，所述封装层覆盖所述第一电极、压电层和第二电极。
本公开实施例提供一种体声波谐振器的制备方法，其包括：在第一衬底基板上依次形成第一电极、压电层和第二电极的步骤，且所述第一电极、所述压电层和所述第二电极中的任意两者在所述第一衬底基板上的正投影至少部分重叠；其中，所述压电层的材料的声速不小于18000m/s
其中，所述压电层的材料包括hBN、cBN、wBN中的任意一种。
其中，形成所述压电层的步骤包括：采用射频磁控溅射方式，形成所述压电层。
其中，在形成所述第一电极和所述压电层之前还包括形成诱导层的步骤。
其中，在形成所述第二电极的同时还形成有第一连接电极；所述制备方法还包括：在所述压电层形成沿其厚度方向方向贯穿的第一连接过孔，所述第一连接电极通过所述第一连接过孔与所述第一电极连接。
其中，所述制备方法还包括：对所述第一衬底基板进行处理，形成具有沿所述第一衬底基板的厚度方向贯穿的第一腔体；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一腔体包括相对设置的第一开口和第二开口；所述第一开口位于所述第一表面，所述第二开口位于所述第二表面；所述第一电极覆盖所述第一开口。
其中，所述制备方法还包括：对所述第一衬底基板进行处理，形成具有第一槽部；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一槽部包括第三开口，所述第三开口位于所述第一表面；所述 第一电极位于所述第一表面上；所述第三开口在所述第二表面上的正投影的轮廓，且与所述第一电极在所述第二表面上的正投影的轮廓内。
其中，所述体声波谐振器的制备方法还包括：
在所述第一槽部内形成填充结构；
在所述第一槽部背离所述第一衬底基板的一侧形成隔离层；所述第一电极形成在所述隔离层背离所述第一衬底基板的一侧；
形成贯穿所述第一电极极和隔离层的第一通孔，并在通过第一通孔刻蚀去除所述填充结构。
其中，在形成所述第一电极之前还包括：
在所述第一衬底基板上形成至少一层反射镜结构；形成所述反射镜结构包括沿背离所述第一衬底基板方向依次形成的第一子结构层和第二子结构层，且所述第一子结构层的材料的声阻抗大于第二子结构层的材料的声阻抗。
其中，所述体声波谐振器的制备方法还包括：在所述第二电极背离所述第一衬底基板一侧形成封装层；所述封装层覆盖所述第一电极、压电层和第二电极。
本公开实施例提供一种电子设备，其包括上述任一所述的体声波谐振器。
图1为一种背刻蚀型体声波谐振器的示意图。
图2为一种薄膜型体声波谐振器的示意图。
图3为一种固态装配型体声波谐振器的示意图。
图4为本公开实施的第一种示例的体声波谐振器的示意图。
图5为图4所示的体声波谐振器的制备流程图。
图6为本公开实施的第二种示例的体声波谐振器的示意图。
图7为图6所示的体声波谐振器的制备流程图。
图8为本公开实施的第三种示例的体声波谐振器的示意图。
图9为图8所示的体声波谐振器的制备流程图。
图10为本公开实施的第四种示例的体声波谐振器的示意图。
图11为图10所示的体声波谐振器的制备流程图。
图12为本公开实施的第五种示例的体声波谐振器的示意图。
图13为图12所示的体声波谐振器的制备流程图。
图14为本公开实施的第一种示例的体声波谐振器的示意图。
图15为图14所示的体声波谐振器的制备流程。
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1-3所示，体声波谐振器为了减小滤波过程中的插入损耗，需要将声波信号尽可能的限制在第一电极11和第二电极13之间的压电层12内，防止声波信号向外扩散，因此通常在谐振器的上下表面构建声波反射器。上表面一般采用低声阻抗的空气介质为反射器，根据下表面的声波反射器构建不同，体声波谐振器分为3个大类，背刻蚀型体声波谐振器，如图1所示； film bulk acoustic resonator(缩写为FBAR)，薄膜型体声波谐振器，如图2所示；solid mounted resonator(缩写为SMR)，固态装配型体声波谐振器，如图3所示。其中，FBAR是在第一电极的下方构建一个刻蚀形成在第一衬底基板10上的一第一槽部102作为空气隙；SMR是在第一电极11的下方构建一个由高声阻抗层151和低声阻抗材层152交替重复叠层形成的声学反射镜结构15；背刻蚀型是通过在硅衬底背面深刻蚀形成空腔在第一电极11下方构建一形成在第一衬底基板10的第一腔体101作为空气层。
目前的体声波谐振器的只能适用于1GHz-6GHz的频率范围，无法应对大于6GHz的频段。针对该问题，在本公开实施例中，体声波谐振器中的压电层的材料的声速不小于18000m/s，例如：压电层的材料采用氮化硼，具体可以为六方相氮化硼材料，该种材料不仅具有压电特性，而且声速高达18600m/s，比常规的压电层的材料的声速高64％，因此本公开实施例中的体声波谐振器可应用于更高的频率范围。该采用六方相氮化硼材料制备的体声波谐振器具有成本低、谐振频率高、体积小、插入损耗低、带内波纹小、带外抑制大、矩形度好的优点，广泛应用于移动通信领域大于1GHz的各个频段尤其是＞6GHz至30GHz的频段，可有效滤掉地面环境中的低频干扰信号及其高次谐波。提高了移动通信的信号质量。
以下结合结合具体示例对本公开实施例的体声波谐振器及其制备方法。
第一种示例：图4为本公开实施的第一种示例的体声波谐振器的示意图；如图4所示，该体声波谐振器第一衬底基板10，以及依次设置在第一衬底基板10上的第一电极11、压电层12和第二电极13，且第一电极11、压电层12和第二电极13中的任意两者在第一衬底基板10上的正投影至少部分重叠。在第二电极13背离第一衬底基板10的一侧还可以设置有封装层16。其中，第一衬底基板10具有沿其厚度方向贯穿的第一腔体101。第一衬底基板10基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面(上表面)和第二表面(下表面)，第一腔体101包括形成在第一表面上的第一开口和形成在第二表面上的第二开口。第一电极11设置在第一表面上，且第一电极11在第二表面所在平面的正投影覆盖第一开口在第二表面所在平面的正投影。
进一步的，该体声波谐振器不仅包括上述结构，而且还包括与第二电极13同层设置的第一连接电极17，该第一连接电极17通过贯穿压电层12的过孔与第一电极11连接。在该种情况下，射频信号自图4左上角传入，然后在第二电极13与压电层12交界面通过逆压电效应转换成声波信号在压电层12中纵向传播，传至第一电极11与压电层12的交界面时通过压电效应再转换成射频信号，传至第一电极11右下角的导电通孔向上传输，最后到达第二电极13右上角传出。谐振器下方的第一腔体101和上方的空气层作为声反射器，其作用是将声学信号限制在谐振器结构中，而不是耗散出去，可减小谐振器的损耗。
在该种示例中，压电层12的材料优选hBN，还可以选择cBN、wBN。当然压电层12的材料也可以选择AlN、ZnO、PZT、GaN、InN、CdS、CdSe、ZnS、CdTe、ZnTe、GaAs、GaSb、InAs、InSb、GaSe、GaP、AlP、石英晶体、LiTaO3、LiNbO3、La3Ga5SiO14、BaTiO3、PbNb2O6、PBLN、LiGaO3、LiGeO3、TiGeO3、PbTiO3、PbZrO3、PVDF等材料。本公实施例中的压电层12可以是上述的一种压电材料，也可以是以上各种压电材料的叠层。压电层12的厚度范围是10nm至100μm。
第一衬底基板10的材料优选玻璃，也可以选择Si、蓝宝石、SiC、GaAs、GaN、InP、BN、ZnO等材料，第一衬底基板10的厚度范围是0.1μm至10mm。
第一电极11的材料优选金属Cu，因其晶格尺寸与六方相氮化硼(hBN)的晶格尺寸非常接近。也可以选择Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第一电极11的厚度范围是1nm至10μm。
第二电极13的材料可选材料包含Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第二电极13的厚度范围是1nm至10μm。
封装层16的材料优选可以隔绝水汽和氧气的有机化合物，如聚酰亚胺、环氧树脂等，也可以选择无机材料如SiN
x、Al
2O
3等。封装层16可以是一种 材料的单层，也可以多种材料进行叠层配置。
针对图4所示的体声波谐振器，本公开实施例提供了体声波谐振器的制备方法，图5为图4所示的体声波谐振器的制备流程图；如图5所示，该制备方法具体可以包括如下步骤：
S11、提供一第一衬底基板10。
在该步骤中，可以对第一衬底基板10进行清洗，之后通过风刀吹干。
S12、在第一衬底基板10上形成第一电极11。
在一些示例中，步骤S12可以包括在第一衬底基板10上沉积第一导电薄膜，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式，也可以使用贴附铜箔的方式。在第一导电薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后进行刻蚀，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺，形成包括第一电极11的图案。
S13、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成压电层12。
在一些示例中，以压电层12的材料采用hBN为例，在步骤S13可以先进行压电材料取向生长，优选的采用射频磁控溅射方式，靶材选择hBN，通过控制沉积过程中的Ar、N2气压和温度以及后退火时间和温度，形成富含氮空位的hBN取向薄膜(其压电特性比不含氮空位的BN好很多)，优选生长取向是(100)，也可以是(001)和(111)取向。薄膜沉积方式也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。压电层12进行光刻工艺，包含涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后对压电材料层进行刻蚀，形成具有第一连接过孔121的压电层12的图案；优选的刻蚀工艺可以选用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。
S14、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成第二电极13和第一连接电极17。
在一些示例中，步骤S14可以包括先进行第二导电薄膜的沉积，沉积方 式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。对第二导电薄膜依次进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形成第二电极13和第一连接电极17，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。的孔壁上形成的第二导电薄膜浇薄，不利于射频信号低损耗传输，因此还可以进行电镀工艺将第一连接过孔121内的第二导电薄膜加厚，之后在形成第二电极13和第一连接的图案。
S15、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成封装层16。
在一些示例中，封装层16的材料可以为有机材料聚酰亚胺。在该种情况下，步骤S15可以包括进行有机材料液体涂覆，具体方式可选旋涂、喷淋、喷墨打印、转印等方式，然后进行加热固化，形成封装层16的图案。
S16、将完成上述步骤的第一衬底基板10进行方面，形成第一腔体101。
在一些示例中，第一衬底基板10可以采用玻璃衬底，在该种情况下，步骤S16可以包括使用激光诱导轰击第一衬底基板10，随后HF刻蚀的方法，制备沿第一衬底基板10厚度方向贯穿的第一腔体101。该第一腔体101的截面约为90°垂直与玻璃表面。对于其他非玻璃衬底可以使用湿法刻蚀或干法刻蚀的方式，形成第一腔体101。
第二种示例：图6为本公开实施的第二种示例的体声波谐振器的示意图；如图6所示，该体声波谐振器第一衬底基板10，以及依次设置在第一衬底基板10上的第一电极11、诱导层18、压电层12和第二电极13。在第二电极13背离第一衬底基板10的一侧还可以设置有封装层16。其中，第一衬底基板10具有沿其厚度方向贯穿的第一腔体101。第一衬底基板10基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面(上表面)和第二表面(下表面)，第一腔体101包括形成在第一表面上的第一开口和形成在第二表面上的第二开口。第一电极11设置在第一表面上，且第一电极11在第二表面所在平面的正投影覆盖第一开口在第二表面所在平面的正投影。
进一步的，该体声波谐振器不仅包括上述结构，而且还包括与第二电极13同层设置的第一连接电极17，该第一连接电极17通过贯穿压电层12的过孔与第一电极11连接。在该种情况下，射频信号自图6左上角传入，然后在第二电极13与压电层12交界面通过逆压电效应转换成声波信号在压电层12中纵向传播，传至第一电极11、诱导层18与压电层12的交界面时通过压电效应再转换成射频信号，传至第一电极11右下角的导电通孔向上传输，最后到达第二电极13右上角传出。谐振器下方的第一腔体101和上方的空气层作为声反射器，其作用是将声学信号限制在谐振器结构中，而不是耗散出去，可减小谐振器的损耗。
在该种示例中，压电层12的材料优选hBN，还可以选择cBN、wBN。当然压电层12的材料也可以选择AlN、ZnO、PZT、GaN、InN、CdS、CdSe、ZnS、CdTe、ZnTe、GaAs、GaSb、InAs、InSb、GaSe、GaP、AlP、石英晶体、LiTaO3、LiNbO3、La3Ga5SiO14、BaTiO3、PbNb2O6、PBLN、LiGaO3、LiGeO3、TiGeO3、PbTiO3、PbZrO3、PVDF等材料。本公实施例中的压电层12可以是上述的一种压电材料，也可以是以上各种压电材料的叠层。压电层12的厚度范围是10nm至100μm。
第一衬底基板10的材料优选玻璃，也可以选择Si、蓝宝石、SiC、GaAs、GaN、InP、BN、ZnO等材料，第一衬底基板10的厚度范围是0.1μm至10mm。
第一电极11的材料优选金属Cu，因其晶格尺寸与六方相氮化硼(hBN)的晶格尺寸非常接近。也可以选择Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第一电极11的厚度范围是1nm至10μm。
诱导层18处于第一电极11与压电层12之间，其作用是辅助压电层12的生长，使压电层12的取向为C轴取向(压电层12沿C轴的声速是最高的)，同时改善压电层12的材料质量(例如X射线衍射的摇摆曲线半高宽<1.5°)，本实施例中诱导层18优选石墨烯，可以是单层石墨烯，也可以是双层石墨烯或多层石墨烯。即厚度范围0.1nm至100nm。
第二电极13的材料可选材料包含Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第二电极13的厚度范围是1nm至10μm。
封装层16的材料优选可以隔绝水汽和氧气的有机化合物，如聚酰亚胺、环氧树脂等，也可以选择无机材料如SiN
x、Al
2O
3等。封装层16可以是一种材料的单层，也可以多种材料进行叠层配置。
针对图6所示的体声波谐振器，本公开实施例提供了体声波谐振器的制备方法，图7为图6所示的体声波谐振器的制备流程图；如图7所示，该制备方法具体可以包括如下步骤：
S21、提供一第一衬底基板10。
在该步骤中，可以对第一衬底基板10进行清洗，之后通过风刀吹干。
S22、在第一衬底基板10上形成第一电极11。
在一些示例中，步骤S22可以包括在第一衬底基板10上沉积第一导电薄膜，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式，也可以使用贴附铜箔的方式。在第一导电薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后进行刻蚀，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺，形成包括第一电极11的图案。
S23、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成诱导层18。
在一些示例中，诱导层18的材料优选石墨烯薄膜，可以是单层，也可以是双层或多层。若步骤S22中所形成的第一电极11的材料为Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au金属或Co-Ni、Au-Ni合金时，以诱导层18为石墨烯材料为例，可以直接通过磁控溅射化学气相沉积或者微波等离子体化学气相沉积的方式生长，具体步骤通入甲烷、氮气和氩气的混合气体，衬底加热至600～800℃，反应生成石墨烯薄膜。若步骤S22中所形成的第一电极11非上述金属或合金，诱导呈可以分两步进行制备：(a)第一步是石墨烯薄膜的制备。将金属箔如Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au金属 或Co-Ni、Au-Ni合金的箔片放入反应腔室内，通过磁控溅射化学气相沉积或者微波等离子体化学气相沉积的方式生长，具体步骤通入甲烷、氮气和氩气的混合气体，衬底加热至600～800℃，反应生成石墨烯薄膜；(b)第二步是制备好的石墨烯薄膜从金属箔上转移至第一电极11上。先在惰性气体氛围中，将金属箔片/石墨烯上喷淋或者旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，加热120℃3～5分钟进行干燥和固化。金属箔片/石墨烯/PMMA放入相应溶液中将金属溶解掉，如铜箔的话用20％FeCl3溶液。剩余的石墨烯/PMMA漂浮在溶液表面，取出石墨烯/PMMA放入去离子水中清洗，然后转移至第一电极11上，红外灯照射10～15分钟进行干燥，最后用有机溶剂如丙酮将PMMA溶解掉，诱导层18制备完成。
S24、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成压电层12。
在一些示例中，以压电层12的材料采用hBN为例，在步骤S13可以先进行压电材料取向生长，优选的采用射频磁控溅射方式，靶材选择hBN，通过控制沉积过程中的Ar、N2气压和温度以及后退火时间和温度，形成富含氮空位的hBN取向薄膜(其压电特性比不含氮空位的BN好很多)，优选生长取向是(100)，也可以是(001)和(111)取向。薄膜沉积方式也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。压电层12进行光刻工艺，包含涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后对压电材料层和诱导层18进行刻蚀，形成第一连接过孔121；优选的刻蚀工艺可以选用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。
S25、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成第二电极13和第一连接电极17。
在一些示例中，步骤S25可以包括先进行第二导电薄膜的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。对第二导电薄膜依次进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形成第二电极13和第一连接电极17，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻 蚀工艺。的孔壁上形成的第二导电薄膜浇薄，不利于射频信号低损耗传输，因此还可以进行电镀工艺将第一连接过孔121内的第二导电薄膜加厚，之后在形成第二电极13和第一连接的图案。
S26、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成封装层16。
在一些示例中，封装层16的材料可以为有机材料聚酰亚胺。在该种情况下，步骤S26可以包括进行有机材料液体涂覆，具体方式可选旋涂、喷淋、喷墨打印、转印等方式，然后进行加热固化，形成封装层16的图案。
S27、将完成上述步骤的第一衬底基板10进行方面，形成第一腔体101。
在一些示例中，第一衬底基板10可以采用玻璃衬底，在该种情况下，步骤S27可以包括使用激光诱导轰击第一衬底基板10，随后HF刻蚀的方法，制备沿第一衬底基板10厚度方向贯穿的第一腔体101。该第一腔体101的截面约为90°垂直与玻璃表面。对于其他非玻璃衬底可以使用湿法刻蚀或干法刻蚀的方式，形成第一腔体101。
第三种示例：图8为本公开实施的第三种示例的体声波谐振器的示意图；如图8所示，该体声波谐振器第一衬底基板10，以及依次设置在第一衬底基板10上的隔离层14、第一电极11、压电层12和第二电极13。在第二电极13背离第一衬底基板10的一侧还可以设置有封装层16。其中，第一衬底基板10具有第一槽部102。第一衬底基板10基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面(上表面)和第二表面(下表面)，第一槽部102的第三开口位于第一表面，第一电极11设置在第一表面上，且第一电极11在第二表面所在平面的正投影覆盖第三开口在第二表面所在平面的正投影。
进一步的，该体声波谐振器不仅包括上述结构，而且还包括与第二电极13同层设置的第一连接电极17，该第一连接电极17通过贯穿压电层12的过孔与第一电极11连接。在该种情况下，射频信号自图8左上角传入，然后在第二电极13与压电层12交界面通过逆压电效应转换成声波信号在压电层12中纵向传播，传至第一电极11与压电层12的交界面时通过压电效应 再转换成射频信号，传至第一电极11右下角的导电通孔向上传输，最后到达第二电极13右上角传出。谐振器下方的第一槽部102和上方的空气层作为声反射器，其作用是将声学信号限制在谐振器结构中，而不是耗散出去，可减小谐振器的损耗。
在该种示例中，压电层12的材料优选hBN，还可以选择cBN、wBN。当然压电层12的材料也可以选择AlN、ZnO、PZT、GaN、InN、CdS、CdSe、ZnS、CdTe、ZnTe、GaAs、GaSb、InAs、InSb、GaSe、GaP、AlP、石英晶体、LiTaO3、LiNbO3、La3Ga5SiO14、BaTiO3、PbNb2O6、PBLN、LiGaO3、LiGeO3、TiGeO3、PbTiO3、PbZrO3、PVDF等材料。本公实施例中的压电层12可以是上述的一种压电材料，也可以是以上各种压电材料的叠层。压电层12的厚度范围是10nm至100μm。
第一衬底基板10的材料优选玻璃，也可以选择Si、蓝宝石、SiC、GaAs、GaN、InP、BN、ZnO等材料，第一衬底基板10的厚度范围是0.1μm至10mm。
隔离层14是为了将第一槽部102和体声波谐振器进行电隔离，并且提供结构支撑作用，可选择的绝缘材料有SiO
2、Si
3N
4、Al
2O
3，以及他们的叠层。厚度范围是1nm至100μm。
第一电极11的材料优选金属Cu，因其晶格尺寸与六方相氮化硼(hBN)的晶格尺寸非常接近。也可以选择Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第一电极11的厚度范围是1nm至10μm。
第二电极13的材料可选材料包含Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第二电极13的厚度范围是1nm至10μm。
封装层16的材料优选可以隔绝水汽和氧气的有机化合物，如聚酰亚胺、环氧树脂等，也可以选择无机材料如SiN
x、Al
2O
3等。封装层16可以是一种材料的单层，也可以多种材料进行叠层配置。
针对图8所示的体声波谐振器，本公开实施例提供了体声波谐振器的制 备方法，图9为图8所示的体声波谐振器的制备流程图；如图9所示，该制备方法具体可以包括如下步骤：
S31、提供一第一衬底基板10。
在该步骤中，可以对第一衬底基板10进行清洗，之后通过风刀吹干。
S32、在第一衬底基板10上形成第一槽部102。
在一些示例中，步骤S32可以包括在第一衬底基板10上先进行掩膜材料的沉积(可选的掩膜材料有光刻胶、无机掩膜或金属掩膜)，之后进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形成掩膜，刻蚀工艺采用干法刻蚀和湿法刻蚀均可，优选湿法刻蚀。接下来进行第一衬底基板10的刻蚀，形成第一槽部102。该刻蚀工艺采用湿法刻蚀和干法刻蚀均可，优选湿法刻蚀。例如：第一衬底基板10采用玻璃衬底，此时所采用的刻蚀液为氢氟酸3％～7％、氟化铵20％～30％和去离子水的混合溶液。
S33、在第一槽部102内形成填充结构19，将第一槽部102填平。
在该步骤中，为保证后续制程能够顺利进行，将步骤S32形成的第一槽部102先进行填平处理。其中，填充结构19的材料优选为掺杂有硼和磷的疏松二氧化硅。在一些示例中步骤S33可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、次大气压化学气相沉积(SACVD)、丝网印刷含有硼和磷掺杂疏松二氧化硅的浆料，再进行700℃～900℃热退火工艺，使疏松的掺杂硼和磷的二氧化硅薄膜液化并流动，将第一槽部102中的孔隙完全填满，然后降温固化接下来采用电化学机械抛光工艺(CMP)，将高出衬底表面的硼和磷掺杂二氧化硅薄膜去除，并抛光第一衬底基板10的第一表面。
S34、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成隔离层14和第一电极11，并形成贯穿隔离层14和第一电极11的第一通孔20。
在一些示例中，步骤S34可以包括：先进行电绝缘材料沉积，沉积方式可选射频测控溅射，脉冲激光溅射(PLD)、原子层沉积(ALD)、等离子体化学气相沉积(PECVD)，之后进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀形成隔离层14。其中刻蚀工艺可以采用湿法刻蚀工艺，也可以 选择干法刻蚀工艺。
接下来在隔离层14背离第一衬底基板10的一侧形成第一导电薄膜，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式，也可以使用贴附铜箔的方式。在第一导电薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后进行刻蚀，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺，形成包括第一电极11的图案。
最后，对隔离层14和第一电极11进行刻蚀形成第一通孔20其中，第一通孔20的数量可以为1个，也可以为多个，在本公开实施例中优选的第一通孔20的数量为多个。具体的，可以在第一电极11背离第一衬底基板10的一侧进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，之后先对第一电极11进行干法刻蚀工艺，然后更换刻蚀气体进行隔离层14的刻蚀，直至刻到填充材料层上。
S36、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成压电层12。
在一些示例中，以压电层12的材料采用hBN为例，在步骤S36可以先进行压电材料取向生长，优选的采用射频磁控溅射方式，靶材选择hBN，通过控制沉积过程中的Ar、N2气压和温度以及后退火时间和温度，形成富含氮空位的hBN取向薄膜(其压电特性比不含氮空位的BN好很多)，优选生长取向是(100)，也可以是(001)和(111)取向。薄膜沉积方式也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。压电层12进行光刻工艺，包含涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后对压电材料层进行刻蚀，形成具有第一连接过孔121的压电层12的图案；优选的刻蚀工艺可以选用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。
S37、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成第二电极13和第一连接电极17。
在一些示例中，步骤S37可以包括先进行第二导电薄膜的沉积，沉积方 式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。对第二导电薄膜依次进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形成第二电极13和第一连接电极17，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。的孔壁上形成的第二导电薄膜浇薄，不利于射频信号低损耗传输，因此还可以进行电镀工艺将第一连接过孔121内的第二导电薄膜加厚，之后在形成第二电极13和第一连接的图案。
S38、去除填充结构19。
在一些示例中，步骤S38可以包括使用氢氟酸和硝酸的混合刻蚀液进行浸泡刻蚀，经过足够长的时间，将第一槽部102内的填充材料硼和磷掺杂的二氧化硅完全溶解掉，最后进行第一槽部102的去离子水清洗，并进行烘干。
第四种示例：图10为本公开实施的第四种示例的体声波谐振器的示意图；如图10X所示，该体声波谐振器第一衬底基板10，以及依次设置在第一衬底基板10上的隔离层14、第一电极11、诱导层18、压电层12和第二电极13。在第二电极13背离第一衬底基板10的一侧还可以设置有封装层16。其中，第一衬底基板10具有第一槽部102。第一衬底基板10基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面(上表面)和第二表面(下表面)，第一槽部102的第三开口位于第一表面，第一电极11设置在第一表面上，且第一电极11在第二表面所在平面的正投影覆盖第三开口在第二表面所在平面的正投影。
进一步的，该体声波谐振器不仅包括上述结构，而且还包括与第二电极13同层设置的第一连接电极17，该第一连接电极17通过贯穿压电层12的过孔与第一电极11连接。在该种情况下，射频信号自图10左上角传入，然后在第二电极13与压电层12交界面通过逆压电效应转换成声波信号在压电层12中纵向传播，传至第一电极11、诱导层18与压电层12的交界面时通过压电效应再转换成射频信号，传至第一电极11右下角的导电通孔向上传 输，最后到达第二电极13右上角传出。谐振器下方的第一槽部102和上方的空气层作为声反射器，其作用是将声学信号限制在谐振器结构中，而不是耗散出去，可减小谐振器的损耗。
在该种示例中，压电层12的材料优选hBN，还可以选择cBN、wBN。当然压电层12的材料也可以选择AlN、ZnO、PZT、GaN、InN、CdS、CdSe、ZnS、CdTe、ZnTe、GaAs、GaSb、InAs、InSb、GaSe、GaP、AlP、石英晶体、LiTaO3、LiNbO3、La3Ga5SiO14、BaTiO3、PbNb2O6、PBLN、LiGaO3、LiGeO3、TiGeO3、PbTiO3、PbZrO3、PVDF等材料。本公实施例中的压电层12可以是上述的一种压电材料，也可以是以上各种压电材料的叠层。压电层12的厚度范围是10nm至100μm。
第一衬底基板10的材料优选玻璃，也可以选择Si、蓝宝石、SiC、GaAs、GaN、InP、BN、ZnO等材料，第一衬底基板10的厚度范围是0.1μm至10mm。
隔离层14是为了将第一槽部102和体声波谐振器进行电隔离，并且提供结构支撑作用，可选择的绝缘材料有SiO
2、Si
3N
4、Al
2O
3，以及他们的叠层。厚度范围是1nm至100μm。
第一电极11的材料优选金属Cu，因其晶格尺寸与六方相氮化硼(hBN)的晶格尺寸非常接近。也可以选择Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第一电极11的厚度范围是1nm至10μm。
诱导层18处于第一电极11与压电层12之间，其作用是辅助压电层12的生长，使压电层12的取向为C轴取向(压电层12沿C轴的声速是最高的)，同时改善压电层12的材料质量(例如X射线衍射的摇摆曲线半高宽<1.5°)，本实施例中诱导层18优选石墨烯，可以是单层石墨烯，也可以是双层石墨烯或多层石墨烯。即厚度范围0.1nm至100nm。
第二电极13的材料可选材料包含Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第二电极13的厚度范围是1nm至10μm。
封装层16的材料优选可以隔绝水汽和氧气的有机化合物，如聚酰亚胺、环氧树脂等，也可以选择无机材料如SiN
x、Al
2O
3等。封装层16可以是一种材料的单层，也可以多种材料进行叠层配置。
针对图10所示的体声波谐振器，本公开实施例提供了体声波谐振器的制备方法，图11为图10所示的体声波谐振器的制备流程图；如图11所示，该制备方法具体可以包括如下步骤：
S41、提供一第一衬底基板10。
在该步骤中，可以对第一衬底基板10进行清洗，之后通过风刀吹干。
S42、在第一衬底基板10上形成第一槽部102。
在一些示例中，步骤S42可以包括在第一衬底基板10上先进行掩膜材料的沉积(可选的掩膜材料有光刻胶、无机掩膜或金属掩膜)，之后进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形成掩膜，刻蚀工艺采用干法刻蚀和湿法刻蚀均可，优选湿法刻蚀。接下来进行第一衬底基板10的刻蚀，形成第一槽部102。该刻蚀工艺采用湿法刻蚀和干法刻蚀均可，优选湿法刻蚀。例如：第一衬底基板10采用玻璃衬底，此时所采用的刻蚀液为氢氟酸3％～7％、氟化铵20％～30％和去离子水的混合溶液。
S43、在第一槽部102内形成填充结构19，将第一槽部102填平。
在该步骤中，为保证后续制程能够顺利进行，将步骤S32形成的第一槽部102先进行填平处理。其中，填充结构19的材料优选为掺杂有硼和磷的疏松二氧化硅。在一些示例中步骤S33可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、次大气压化学气相沉积(SACVD)、丝网印刷含有硼和磷掺杂疏松二氧化硅的浆料，再进行700℃～900℃热退火工艺，使疏松的掺杂硼和磷的二氧化硅薄膜液化并流动，将第一槽部102中的孔隙完全填满，然后降温固化接下来采用电化学机械抛光工艺(CMP)，将高出衬底表面的硼和磷掺杂二氧化硅薄膜去除，并抛光第一衬底基板10的第一表面。
S44、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成隔离层14和第一电极11。
在一些示例中，步骤S44可以包括先进行电绝缘材料沉积，沉积方式可选射频测控溅射，脉冲激光溅射(PLD)、原子层沉积(ALD)、等离子体化学气相沉积(PECVD)，之后进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀形成隔离层14。其中刻蚀工艺可以采用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。
接下来，在隔离层14背离第一衬底基板10上沉积第一导电薄膜，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式，也可以使用贴附铜箔的方式。在第一导电薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后进行刻蚀，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺，形成包括第一电极11的图案。
S45、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成诱导层18，并对隔离层14和第一电极11上进行刻蚀形成第一通孔20。
在一些示例中，诱导层18的材料优选石墨烯薄膜，可以是单层，也可以是双层或多层。若步骤S44中所形成的第一电极11的材料为Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au金属或Co-Ni、Au-Ni合金时，以诱导层18为石墨烯材料为例，可以直接通过磁控溅射化学气相沉积或者微波等离子体化学气相沉积的方式生长，具体步骤通入甲烷、氮气和氩气的混合气体，衬底加热至600～800℃，反应生成石墨烯薄膜。若步骤S44中所形成的第一电极11非上述金属或合金，诱导呈可以分两步进行制备：(a)第一步是石墨烯薄膜的制备。将金属箔如Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au金属或Co-Ni、Au-Ni合金的箔片放入反应腔室内，通过磁控溅射化学气相沉积或者微波等离子体化学气相沉积的方式生长，具体步骤通入甲烷、氮气和氩气的混合气体，衬底加热至600～800℃，反应生成石墨烯薄膜；(b)第二步是制备好的石墨烯薄膜从金属箔上转移至第一电极11上。先在惰性气体氛围中，将金属箔片/石墨烯上喷淋或者旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，加热120℃3～5分钟进行干燥和固化。金属箔片/石墨烯/PMMA放入相应溶液中将金属溶解掉，如铜箔的话用20％FeCl3溶液。剩余的石墨烯/PMMA漂浮 在溶液表面，取出石墨烯/PMMA放入去离子水中清洗，然后转移至第一电极11上，红外灯照射10～15分钟进行干燥，最后用有机溶剂如丙酮将PMMA溶解掉，诱导层18制备完成。
最后，对第一衬底基板10上的隔离层14和第一电极11上进行刻蚀形成第一通孔20。
其中，第一通孔20的数量可以为1个，也可以为多个，在本公开实施例中优选的第一通孔20的数量为多个。在一些示例中，步骤S37可以包括：在第一电极11背离第一衬底基板10的一侧进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，之后先对第一电极11进行干法刻蚀工艺，然后更换刻蚀气体进行隔离层14的刻蚀，直至刻到填充材料层上。
S46、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成压电层12。
在一些示例中，以压电层12的材料采用hBN为例，在步骤S46可以先进行压电材料取向生长，优选的采用射频磁控溅射方式，靶材选择hBN，通过控制沉积过程中的Ar、N2气压和温度以及后退火时间和温度，形成富含氮空位的hBN取向薄膜(其压电特性比不含氮空位的BN好很多)，优选生长取向是(100)，也可以是(001)和(111)取向。薄膜沉积方式也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。压电层12进行光刻工艺，包含涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后对压电材料层进行刻蚀，形成具有第一连接过孔121的压电层12的图案；优选的刻蚀工艺可以选用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。
S47、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成第二电极13和第一连接电极17。
在一些示例中，步骤S47可以包括先进行第二导电薄膜的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。对第二导电薄膜依次进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形 成第二电极13和第一连接电极17，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。的孔壁上形成的第二导电薄膜浇薄，不利于射频信号低损耗传输，因此还可以进行电镀工艺将第一连接过孔121内的第二导电薄膜加厚，之后在形成第二电极13和第一连接的图案。
S48、去除填充结构19。
在一些示例中，步骤S48可以包括使用氢氟酸和硝酸的混合刻蚀液进行浸泡刻蚀，经过足够长的时间，将第一槽部102内的填充材料硼和磷掺杂的二氧化硅完全溶解掉，最后进行第一槽部102的去离子水清洗，并进行烘干。
第五种示例：图12为本公开实施的第五种示例的体声波谐振器的示意图；如图12所示，该体声波谐振器第一衬底基板10，以及依次设置在第一衬底基板10上的至少一层声学反射镜结构15、第一电极11、压电层12和第二电极13。在第二电极13背离第一衬底基板10的一侧还可以设置有封装层16。其中，反射镜结构15包括沿背离第一衬底基板10方向依次设置的第一子结构和第二子结构，且第一子结构的材料的声阻抗大于第二子结构的材料的声阻抗。为了便于描述和理解，以下将第一子结构称之为高声阻抗层151，第二子结构称之为低声阻抗层152。
进一步的，该体声波谐振器不仅包括上述结构，而且还包括与第二电极13同层设置的第一连接电极17，该第一连接电极17通过贯穿压电层12的过孔与第一电极11连接。在该种情况下，射频信号自图12左上角传入，然后在第二电极13与压电层12交界面通过逆压电效应转换成声波信号在压电层12中纵向传播，传至第一电极11与压电层12的交界面时通过压电效应再转换成射频信号，传至第一电极11右下角的导电通孔向上传输，最后到达第二电极13右上角传出。谐振器下方的声学反射镜结构15和上方的空气层作为声反射器，其作用是将声学信号限制在谐振器结构中，而不是耗散出去，可减小谐振器的损耗。
在该种示例中，压电层12的材料优选hBN，还可以选择cBN、wBN。 当然压电层12的材料也可以选择AlN、ZnO、PZT、GaN、InN、CdS、CdSe、ZnS、CdTe、ZnTe、GaAs、GaSb、InAs、InSb、GaSe、GaP、AlP、石英晶体、LiTaO3、LiNbO3、La3Ga5SiO14、BaTiO3、PbNb2O6、PBLN、LiGaO3、LiGeO3、TiGeO3、PbTiO3、PbZrO3、PVDF等材料。本公实施例中的压电层12可以是上述的一种压电材料，也可以是以上各种压电材料的叠层。压电层12的厚度范围是10nm至100μm。
第一衬底基板10的材料优选玻璃，也可以选择Si、蓝宝石、SiC、GaAs、GaN、InP、BN、ZnO等材料，第一衬底基板10的厚度范围是0.1μm至10mm。
声学反射镜结构15由高声阻抗层151、低声阻抗层152交替排列组成。材料的声阻抗等于声波在材料中的传播速度乘以材料的密度。理论上，当高声阻抗层151的厚度等于体声波谐振器谐振频率的声波在高声阻抗层151中传播的波长的四分之一，且低声阻抗层152的厚度等于体声波谐振器谐振频率的声波在低声阻抗层152中传播的波长的四分之一时，有高、低声阻抗层152交替排列(高/低/高/低····，也可以低/高/低/高····)的效果相当于声学反射镜，作用是将从上方泄露出来的声波信号反射回去。高声阻抗层151+低声阻抗层152组成一反射镜结构15，一般需要3～4组可达到较好的声学反射效果，当然组数越多越好，但成本会提高。在此对组数不做限定，可选范围1至100层反射镜结构15。在此对是否等于波长的四分之一也不做限制，任意厚度均可。高声阻抗层151材料可选W、Ir、Pt、Ru、Au、Mo、Ta、Ti、Cu、Ni、、Zn、Al、Al2O3、Ag等，常用的低声阻抗材料可选SiO
2、Si
3N
4、Mg、橡胶、尼龙、聚酰亚胺、聚乙烯、聚苯乙烯、特氟龙等。依据不同的谐振频率，以及不同材料的声速不同，单层高声阻抗层151和单层低声阻抗层152的厚度范围是1nm至10μm。
第一电极11的材料优选金属Cu，因其晶格尺寸与六方相氮化硼(hBN)的晶格尺寸非常接近。也可以选择Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第一电极11的厚度范围是1nm至10μm。
第二电极13的材料可选材料包含Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、 W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第二电极13的厚度范围是1nm至10μm。
封装层16的材料优选可以隔绝水汽和氧气的有机化合物，如聚酰亚胺、环氧树脂等，也可以选择无机材料如SiN
x、Al
2O
3等。封装层16可以是一种材料的单层，也可以多种材料进行叠层配置。
针对图12所示的体声波谐振器，本公开实施例提供了体声波谐振器的制备方法，图13为图12所示的体声波谐振器的制备流程图；如图13所示，该制备方法具体可以包括如下步骤：
S51、提供一第一衬底基板10。
在该步骤中，可以对第一衬底基板10进行清洗，之后通过风刀吹干。
S52、在第一衬底基板10上制备声学反射镜结构15。
在一些示例中，步骤S52可以包括(a)先进行高声阻抗层151薄膜材料的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。之后在高声阻抗层151薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀，形成高声阻抗层151。其中，刻蚀工艺优选采用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。(b)再进行低声阻抗层152薄膜材料的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式，之后在低声阻抗层152薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀，形成低声阻抗层152。其中，刻蚀工艺优选采用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。之后重复进行(a)和(b)步骤，直至获得满足设计要求层数的声学反射镜结构15。
S53、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成第一电极11。
在一些示例中，步骤53可以包括在第一衬底基板10上沉积第一导电薄膜，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式， 也可以使用贴附铜箔的方式。在第一导电薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后进行刻蚀，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺，形成包括第一电极11的图案。
S54、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成压电层12。
在一些示例中，以压电层12的材料采用hBN为例，在步骤S54可以先进行压电材料取向生长，优选的采用射频磁控溅射方式，靶材选择hBN，通过控制沉积过程中的Ar、N2气压和温度以及后退火时间和温度，形成富含氮空位的hBN取向薄膜(其压电特性比不含氮空位的BN好很多)，优选生长取向是(100)，也可以是(001)和(111)取向。薄膜沉积方式也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。压电层12进行光刻工艺，包含涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后对压电材料层进行刻蚀，形成具有第一连接过孔121的压电层12的图案；优选的刻蚀工艺可以选用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。
S55、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成第二电极13和第一连接电极17。
在一些示例中，步骤S55可以包括先进行第二导电薄膜的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。对第二导电薄膜依次进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形成第二电极13和第一连接电极17，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。的孔壁上形成的第二导电薄膜浇薄，不利于射频信号低损耗传输，因此还可以进行电镀工艺将第一连接过孔121内的第二导电薄膜加厚，之后在形成第二电极13和第一连接的图案。
S56、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成封装层16。
在一些示例中，封装层16的材料可以为有机材料聚酰亚胺。在该种情况下，步骤S56可以包括进行有机材料液体涂覆，具体方式可选旋涂、喷淋、 喷墨打印、转印等方式，然后进行加热固化，形成封装层16的图案。
第六种示例：图14为本公开实施的第一种示例的体声波谐振器的示意图；如图14所示，该体声波谐振器第一衬底基板10，以及依次设置在第一衬底基板10上的至少一层声学反射镜结构15、第一电极11、诱导层18、压电层12和第二电极13。在第二电极13背离第一衬底基板10的一侧还可以设置有封装层16。其中，反射镜结构15包括沿背离第一衬底基板10方向依次设置的第一子结构和第二子结构，且第一子结构的材料的声阻抗大于第二子结构的材料的声阻抗。为了便于描述和理解，以下将第一子结构称之为高声阻抗层151，第二子结构称之为低声阻抗层152。
进一步的，该体声波谐振器不仅包括上述结构，而且还包括与第二电极13同层设置的第一连接电极17，该第一连接电极17通过贯穿压电层12的过孔与第一电极11连接。在该种情况下，射频信号自图14左上角传入，然后在第二电极13与压电层12交界面通过逆压电效应转换成声波信号在压电层12中纵向传播，传至第一电极11、诱导层18与压电层12的交界面时通过压电效应再转换成射频信号，传至第一电极11右下角的导电通孔向上传输，最后到达第二电极13右上角传出。谐振器下方的声学反射镜结构15和上方的空气层作为声反射器，其作用是将声学信号限制在谐振器结构中，而不是耗散出去，可减小谐振器的损耗。
在该种示例中，压电层12的材料优选hBN，还可以选择cBN、wBN。当然压电层12的材料也可以选择AlN、ZnO、PZT、GaN、InN、CdS、CdSe、ZnS、CdTe、ZnTe、GaAs、GaSb、InAs、InSb、GaSe、GaP、AlP、石英晶体、LiTaO3、LiNbO3、La3Ga5SiO14、BaTiO3、PbNb2O6、PBLN、LiGaO3、LiGeO3、TiGeO3、PbTiO3、PbZrO3、PVDF等材料。本公实施例中的压电层12可以是上述的一种压电材料，也可以是以上各种压电材料的叠层。压电层12的厚度范围是10nm至100μm。
第一衬底基板10的材料优选玻璃，也可以选择Si、蓝宝石、SiC、GaAs、 GaN、InP、BN、ZnO等材料，第一衬底基板10的厚度范围是0.1μm至10mm。
声学反射镜结构15由高声阻抗层151、低声阻抗层152交替排列组成。材料的声阻抗等于声波在材料中的传播速度乘以材料的密度。理论上，当高声阻抗层151的厚度等于体声波谐振器谐振频率的声波在高声阻抗层151中传播的波长的四分之一，且低声阻抗层152的厚度等于体声波谐振器谐振频率的声波在低声阻抗层152中传播的波长的四分之一时，有高、低声阻抗层152交替排列(高/低/高/低····，也可以低/高/低/高····)的效果相当于声学反射镜，作用是将从上方泄露出来的声波信号反射回去。高声阻抗层151+低声阻抗层152组成一反射镜结构15，一般需要3～4组可达到较好的声学反射效果，当然组数越多越好，但成本会提高。在此对组数不做限定，可选范围1至100层反射镜结构15。在此对是否等于波长的四分之一也不做限制，任意厚度均可。高声阻抗层151材料可选W、Ir、Pt、Ru、Au、Mo、Ta、Ti、Cu、Ni、、Zn、Al、Al2O3、Ag等，常用的低声阻抗材料可选SiO
2、Si
3N
4、Mg、橡胶、尼龙、聚酰亚胺、聚乙烯、聚苯乙烯、特氟龙等。依据不同的谐振频率，以及不同材料的声速不同，单层高声阻抗层151和单层低声阻抗层152的厚度范围是1nm至10μm。
第一电极11的材料优选金属Cu，因其晶格尺寸与六方相氮化硼(hBN)的晶格尺寸非常接近。也可以选择Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第一电极11的厚度范围是1nm至10μm。
诱导层18处于第一电极11与压电层12之间，其作用是辅助压电层12的生长，使压电层12的取向为C轴取向(压电层12沿C轴的声速是最高的)，同时改善压电层12的材料质量(例如X射线衍射的摇摆曲线半高宽<1.5°)，本实施例中诱导层18优选石墨烯，可以是单层石墨烯，也可以是双层石墨烯或多层石墨烯。即厚度范围0.1nm至100nm。
第二电极13的材料可选材料包含Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au，也可以是以上各种金属形成的合金材料。第二电极13的厚度范围是1nm至10μm。
封装层16的材料优选可以隔绝水汽和氧气的有机化合物，如聚酰亚胺、环氧树脂等，也可以选择无机材料如SiN
x、Al
2O
3等。封装层16可以是一种材料的单层，也可以多种材料进行叠层配置。
针对图14所示的体声波谐振器，本公开实施例提供了体声波谐振器的制备方法，图15为图14所示的体声波谐振器的制备流程图；如图15所示，该制备方法具体可以包括如下步骤：
S61、提供一第一衬底基板10。
在该步骤中，可以对第一衬底基板10进行清洗，之后通过风刀吹干。
S62、在第一衬底基板10上制备声学反射镜结构15。
在一些示例中，步骤S62可以包括(a)先进行高声阻抗层151薄膜材料的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。之后在高声阻抗层151薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀，形成高声阻抗层151。其中，刻蚀工艺优选采用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。(b)再进行低声阻抗层152薄膜材料的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式，之后在低声阻抗层152薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀，形成低声阻抗层152。其中，刻蚀工艺优选采用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。之后重复进行(a)和(b)步骤，直至获得满足设计要求层数的声学反射镜结构15。
S63、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成第一电极11。
在一些示例中，步骤S12可以包括在第一衬底基板10上沉积第一导电薄膜，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式，也可以使用贴附铜箔的方式。在第一导电薄膜上涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后进行刻蚀，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀 工艺，形成包括第一电极11的图案。
S64、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成诱导层18。
在一些示例中，诱导层18的材料优选石墨烯薄膜，可以是单层，也可以是双层或多层。若步骤S63中所形成的第一电极11的材料为Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au金属或Co-Ni、Au-Ni合金时，以诱导层18为石墨烯材料为例，可以直接通过磁控溅射化学气相沉积或者微波等离子体化学气相沉积的方式生长，具体步骤通入甲烷、氮气和氩气的混合气体，衬底加热至600～800℃，反应生成石墨烯薄膜。若步骤S63中所形成的第一电极11非上述金属或合金，诱导呈可以分两步进行制备：(a)第一步是石墨烯薄膜的制备。将金属箔如Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au金属或Co-Ni、Au-Ni合金的箔片放入反应腔室内，通过磁控溅射化学气相沉积或者微波等离子体化学气相沉积的方式生长，具体步骤通入甲烷、氮气和氩气的混合气体，衬底加热至600～800℃，反应生成石墨烯薄膜；(b)第二步是制备好的石墨烯薄膜从金属箔上转移至第一电极11上。先在惰性气体氛围中，将金属箔片/石墨烯上喷淋或者旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，加热120℃3～5分钟进行干燥和固化。金属箔片/石墨烯/PMMA放入相应溶液中将金属溶解掉，如铜箔的话用20％FeCl3溶液。剩余的石墨烯/PMMA漂浮在溶液表面，取出石墨烯/PMMA放入去离子水中清洗，然后转移至第一电极11上，红外灯照射10～15分钟进行干燥，最后用有机溶剂如丙酮将PMMA溶解掉，诱导层18制备完成。
S65、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成压电层12。
在一些示例中，以压电层12的材料采用hBN为例，在步骤S54可以先进行压电材料取向生长，优选的采用射频磁控溅射方式，靶材选择hBN，通过控制沉积过程中的Ar、N2气压和温度以及后退火时间和温度，形成富含氮空位的hBN取向薄膜(其压电特性比不含氮空位的BN好很多)，优选生长取向是(100)，也可以是(001)和(111)取向。薄膜沉积方式也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。压电层12进行光 刻工艺，包含涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘。最后对压电材料层进行刻蚀，形成具有第一连接过孔121的压电层12的图案；优选的刻蚀工艺可以选用湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。
S66、在完成上述步骤的第一衬底基板10上，形成第二电极13和第一连接电极17。
在一些示例中，步骤S66可以包括先进行第二导电薄膜的沉积，沉积方式优选直流磁控溅射方式(射频磁控溅射也可以)，也可以选择脉冲激光溅射(PLD)、分子束外延(MBE)、热蒸发、电子束蒸发等方式。对第二导电薄膜依次进行涂胶(或喷胶)、前烘、曝光、显影、后烘，最后进行刻蚀形成第二电极13和第一连接电极17，优选湿法刻蚀工艺，也可以选择干法刻蚀工艺。的孔壁上形成的第二导电薄膜浇薄，不利于射频信号低损耗传输，因此还可以进行电镀工艺将第一连接过孔121内的第二导电薄膜加厚，之后在形成第二电极13和第一连接的图案。
S67、在完成上述步骤的第一衬底基板10上形成封装层16。
在一些示例中，封装层16的材料可以为有机材料聚酰亚胺。在该种情况下，步骤S67可以包括进行有机材料液体涂覆，具体方式可选旋涂、喷淋、喷墨打印、转印等方式，然后进行加热固化，形成封装层16的图案。
本公开实施例还提供一种电子设备，其可以包括上述任一体声波谐振器。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (23)
- 一种体声波谐振器，其包括：第一衬底基板、第一电极、压电层和第二电极；所述第一电极设置在所述第一衬底基板上，所述第二电极设置在所述第一电极背离所述第一衬底基板的一侧，所述压电层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且所述第一电极、所述压电层和所述第二电极中的任意两者在所述第一衬底基板上的正投影至少部分重叠；其中，所述压电层的材料的声速不小于18000m/s。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层的材料包括hBN、cBN、wBN中的任意一种。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，还包括设置在所述第一电极层和所述压电层之间的诱导层，且所述诱导层在所述第一衬底基板上的正投影覆盖所述压电层在所述第一衬底基板上的正投影。
- 根据权利要求3所述的体声波谐振器，其中，所述诱导层的材料包括石墨烯。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，还包括与所述第二电极同层设置的第一连接电极，所述第一连接电极通过贯穿所述压电层的第一连接过孔与所述第一电极电连接。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第一电极的材料包括Cu、Al、Mo、Co、Ag、Ti、Pt、Ru、W、Au中的任意一种或者多种。
- 根据权利要求1-6中任一项所述的体声波谐振器，其中，所述第一衬底基板具有沿其厚度方向贯穿的第一腔体；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一腔体包括相对设置的第一开口和第二开口；所述第一开口位于所述第一表面，所述第二开口位于所述第二表面；所述第一电极覆盖所述第一开口。
- 根据权利要求1-6中任一项所述的体声波谐振器，其中，所述第一衬底基板具有第一槽部；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一槽部包括第三开口，所述第三开口位于所述第一 表面；所述第一电极位于所述第一表面上；所述第三开口在所述第二表面上的正投影的轮廓，且与所述第一电极在所述第二表面上的正投影的轮廓内。
- 根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中，在所述第一衬底基板的第一表面与所述第一电极之间设置有隔离层。
- 根据权利要求9所述的体声波谐振器，其中，还包括贯穿所述第一电极和隔离层的至少一个第一通孔，所述第一通孔与所述第一槽部连通。
- 根据权利要求1-6中任一项所述的体声波谐振器，其中，还包括设置在第一电极和所述第一衬底基板之间的至少一层反射镜结构；所述反射镜结构包括沿背离所述第一衬底基板方向依次设置的第一子结构层和第二子结构层，且所述第一子结构层的材料的声阻抗大于第二子结构层的材料的声阻抗。
- 根据权利要求1-6中任一项所述的体声波谐振器，其中，还包括设置在所述第二电极背离所述第一衬底基板一侧的封装层，所述封装层覆盖所述第一电极、压电层和第二电极。
- 一种体声波谐振器的制备方法，其包括：在第一衬底基板上依次形成第一电极、压电层和第二电极的步骤，且所述第一电极、所述压电层和所述第二电极中的任意两者在所述第一衬底基板上的正投影至少部分重叠；其中，所述压电层的材料的声速不小于18000m/s。
- 根据权利要求13所述的体声波谐振器的制备方法，其中，所述压电层的材料包括hBN、cBN、wBN中的任意一种。
- 根据权利要求13所述的体声波谐振器的制备方法，其中，形成所述压电层的步骤包括：采用射频磁控溅射方式，形成所述压电层。
- 根据权利要求15所述的体声波谐振器的制备方法，其中，在形成所述第一电极和所述压电层之前还包括形成诱导层的步骤。
- 根据权利要求15所述的体声波谐振器的制备方法，其中，在形成所述第二电极的同时还形成有第一连接电极；所述制备方法还包括：在所述压电层形成沿其厚度方向方向贯穿的第一连接过孔，所述第一连接电极通过 所述第一连接过孔与所述第一电极连接。
- 根据权利要求13-17中任一项所述的体声波谐振器的制备方法，其中，所述制备方法还包括：对所述第一衬底基板进行处理，形成具有沿所述第一衬底基板的厚度方向贯穿的第一腔体；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一腔体包括相对设置的第一开口和第二开口；所述第一开口位于所述第一表面，所述第二开口位于所述第二表面；所述第一电极覆盖所述第一开口。
- 根据权利要求13-17中任一项所述的体声波谐振器的制备方法，其中，所述制备方法还包括：对所述第一衬底基板进行处理，形成具有第一槽部；所述第一衬底基板包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；所述第一槽部包括第三开口，所述第三开口位于所述第一表面；所述第一电极位于所述第一表面上；所述第三开口在所述第二表面上的正投影的轮廓，且与所述第一电极在所述第二表面上的正投影的轮廓内。
- 根据权利要求19所述的体声波谐振器的制备方法，其中，还包括：在所述第一槽部内形成填充结构；在所述第一槽部背离所述第一衬底基板的一侧形成隔离层；所述第一电极形成在所述隔离层背离所述第一衬底基板的一侧；形成贯穿所述第一电极极和隔离层的第一通孔，并在通过第一通孔刻蚀去除所述填充结构。
- 根据权利要求13-17中任一项所述的体声波谐振器的制备方法，其中，在形成所述第一电极之前还包括：在所述第一衬底基板上形成至少一层反射镜结构；形成所述反射镜结构包括沿背离所述第一衬底基板方向依次形成的第一子结构层和第二子结构层，且所述第一子结构层的材料的声阻抗大于第二子结构层的材料的声阻抗。
- 根据权利要求13-17中任一项所述的体声波谐振器的制备方法，其中，还包括：在所述第二电极背离所述第一衬底基板一侧形成封装层；所述 封装层覆盖所述第一电极、压电层和第二电极。
- 一种电子设备，其包括权利要求1-12中任一项所述的体声波谐振器。
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