基于局域共振體的聲子晶體結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)、微聲學(xué)和微機(jī)械加工領(lǐng)域，特別是涉及一種基于局域共振原理的聲子晶體的聲學(xué)波控制結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，聲子晶體已經(jīng)被應(yīng)用到很多領(lǐng)域，用于結(jié)構(gòu)的隔震，降噪，以及聲學(xué)波的控制傳輸，以提高各類器件的性能以及壽命。通常，因?yàn)樽饔脵C(jī)理的不同，聲子晶體可以分為兩種類型:布拉格散射型，局域共振型。其中布拉格散射型通過結(jié)構(gòu)的散射，衍射疊加來構(gòu)成聲子晶體所具有的聲學(xué)波禁帶；而局域共振型則通過其單個(gè)結(jié)構(gòu)與聲學(xué)波的相互作用，產(chǎn)生共振來構(gòu)成聲學(xué)波禁帶。
[0003]近年來，隨著微米納米加工技術(shù)的提高以及成熟，聲子晶體開始應(yīng)用到MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)中，其工作頻段也開始拓展到MHz乃至GHz。利用該頻段的聲子晶體，其可以用于構(gòu)成各類信號(hào)處理器件，聲表波控制器件，諧振器器件。但，現(xiàn)時(shí)的應(yīng)用于MEMS中的聲子晶體都為布拉格散射類型，基本沒有局域共振類型，而局域共振類型的聲子晶體通常會(huì)具有更好的性能。
[0004]基于此，本發(fā)明提供一種基于局域共振體的聲子晶體結(jié)構(gòu)及其制作方法以解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于局域共振體的聲子晶體結(jié)構(gòu)及其制作方法，以將其用于MEMS器件中，用于解決現(xiàn)有聲學(xué)器件中聲學(xué)場(chǎng)無法進(jìn)行控制方法匱乏、聲學(xué)波畸變、及利用效率低等問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于局域共振體的聲子晶體結(jié)構(gòu)制作方法，該制作方法至少包括如下步驟:
[0007]提供一正面設(shè)有凹槽的基底；
[0008]沉積絕緣材料，形成覆蓋所述基底以及凹槽內(nèi)壁的絕緣層；
[0009]在上述結(jié)構(gòu)上鍵合固體基板，使得所述固體基板與所述凹槽之間形成空腔；
[0010]形成壓電薄膜層，覆蓋所述固體基板，圖形化所述壓電薄膜層形成位于固體基板兩端的壓電元件；
[0011]形成金屬層，覆蓋所述固體基板和所述壓電元件，圖形化所述金屬層形成位于所述壓電元件上用于實(shí)現(xiàn)聲學(xué)波激勵(lì)及檢測(cè)裝置的叉指電極結(jié)構(gòu)；
[0012]沉積結(jié)構(gòu)層，覆蓋所述固體基板和所述叉指電極結(jié)構(gòu)；
[0013]刻蝕所述結(jié)構(gòu)層，形成位于空腔上方的固體基板上的聲子晶體結(jié)構(gòu)。
[0014]優(yōu)選的，所述圖形化所述壓電薄膜層形成位于固體基板兩端的壓電元件具體是指旋涂光刻膠、曝光、顯影，最后通過刻蝕形成壓電元件。
[0015]優(yōu)選的，所述位于固體基板上的聲子晶體結(jié)構(gòu)為周期性排列，其按照晶格分布在所述固體基板上。
[0016]優(yōu)選的，局域共振聲子晶體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率與聲子晶體結(jié)構(gòu)的高度成反比。
[0017]優(yōu)選的，設(shè)有凹槽的基底材料為硅。
[0018]優(yōu)選的，在圖形化所述壓電薄膜層形成壓電元件包括形成聲學(xué)波激勵(lì)裝置的壓電元件的同時(shí)形成聲學(xué)波檢測(cè)裝置的壓電元件的步驟；在圖形化所述金屬層形成聲學(xué)波激勵(lì)裝置的叉指電極結(jié)構(gòu)的同時(shí)也形成聲學(xué)波檢測(cè)裝置的叉指電極結(jié)構(gòu)的步驟。
[0019]本發(fā)明還提供一種基于局域共振體的聲子晶體結(jié)構(gòu)，該聲子晶體結(jié)構(gòu)包括設(shè)有凹槽的基底，所述凹槽的內(nèi)壁沉積有絕緣層；與所述基底鍵合形成空腔的固體基板、形成于所述固體基板兩端的壓電薄膜、形成于所述壓電薄膜上的叉指電極結(jié)構(gòu)以及形成位于空腔上方的固體基板上的聲子晶體結(jié)構(gòu)。
[0020]優(yōu)選的，所述凹槽橫截面為倒梯形。
[0021]優(yōu)選的，所述壓電薄膜和形成于所述壓電薄膜上的叉指電極結(jié)構(gòu)構(gòu)成的聲學(xué)波激勵(lì)裝置和聲學(xué)波檢測(cè)裝置分別位于所述聲子晶體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
[0022]本發(fā)明的基于局域共振體的聲子晶體結(jié)構(gòu)及其制作方法，具有以下有益效果:本發(fā)明通過局域共振結(jié)構(gòu)來構(gòu)成聲子晶體，能夠有效控制聲學(xué)波的傳輸和分布；采用該聲子晶體結(jié)構(gòu)的MEMS器件，可以大大提高其聲學(xué)波的控制效率，同時(shí)增加了聲學(xué)波控制方式的多樣性；本發(fā)明的制作方法中，局域共振結(jié)構(gòu)位于襯底的空腔上方，可以有效減少聲學(xué)波能量通過襯底的損耗，可以進(jìn)一步提高器件的性能。
【附圖說明】
[0023]圖1顯示為帶有空腔結(jié)構(gòu)的襯底基底的示意圖。
[0024]圖2顯不為在襯底基底上沉積一層掩I旲層的不意圖。
[0025]圖3顯示為在掩膜層通過鍵合將固體基板與基底裝配到一起的示意圖；
[0026]圖4顯示為固體基板上沉積并進(jìn)行圖形化壓電薄膜層的示意圖；
[0027]圖5顯示為壓電薄膜上沉積并進(jìn)行圖形化金屬電極層的示意圖；
[0028]圖6顯示為在整個(gè)結(jié)構(gòu)上沉積并平坦化局域共振聲子晶體結(jié)構(gòu)層的示意圖；
[0029]圖7顯示為通過對(duì)聲子晶體結(jié)構(gòu)層的刻蝕，圖形化為最終的聲子晶體結(jié)構(gòu)，并完成整個(gè)局域共振聲子晶體器件的制作。
[0030]元件標(biāo)號(hào)說明
[0031]11基底
[0032]12絕緣層
[0033]13固體基板
[0034]14空腔
[0035]15壓電元件
[0036]16叉指電極結(jié)構(gòu)
[0037]17結(jié)構(gòu)層
[0038]18聲子晶體結(jié)構(gòu)
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0040]請(qǐng)參閱圖7所示，本發(fā)明涉及一種基于局域共振體的聲子晶體器件，用于對(duì)彈性波進(jìn)行激發(fā)，控制以及檢測(cè)。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0041]如圖7所示，該基于局域共振體的聲子晶體結(jié)構(gòu)至少包括:該聲子晶體結(jié)構(gòu)包括設(shè)有凹槽的基底11，所述凹槽的內(nèi)壁沉積有絕緣層12 ;與所述基底鍵合形成空腔14的固體基板13、形成于所述固體基板兩端的壓電元件15、形成于所述壓電元件上的叉指電極結(jié)構(gòu)16以及形成位于空腔14上方的固體基板上的聲子晶體結(jié)構(gòu)18。
[0042]通過設(shè)置局域共振結(jié)構(gòu)18的形態(tài)和分布，可以控制聲學(xué)波在固體基板13上的的傳輸和分布；通過設(shè)置局域共振結(jié)構(gòu)18的高度，可以控制不同頻段的聲學(xué)波在固體基板13上的的傳輸和分布。所述聲子晶體結(jié)構(gòu)懸空在襯底的空腔上方。構(gòu)成聲子晶體的所述局域共振體按照晶格分布在所述固體基板上。所述聲子晶體的工作頻率主要由共振體振動(dòng)頻率特性來決定。所述共振體的