石墨烯諧振器及其制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及微/納機電器件和信號探測領域，尤其涉及一種用于機電轉(zhuǎn)換的基于聲表面波激振的石墨烯諧振器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于微機電系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)和器件近年來得到迅速的發(fā)展。目前MEMS產(chǎn)品已包括壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅(qū)動頭，在智能手機、電器、航天產(chǎn)品等領域得到了廣泛的應用。機械諧振器是微機電系統(tǒng)中用于實現(xiàn)機械信號和電信號相互轉(zhuǎn)換的一種基本結(jié)構(gòu)。機械諧振器一般是由半導體材料采用微納米加工技術(shù)加工而成的微懸臂或微橋結(jié)構(gòu)。諧振器自身的質(zhì)量、諧振頻率以及品質(zhì)因子決定了其對壓力、質(zhì)量等物理信息的探測精度。MEMS器件要求更高的信號探測精度則需要諧振器具有更小的自身質(zhì)量、更高的諧振頻率、更大的品質(zhì)因子。
[0003]石墨烯是一種由碳原子組成的具有六邊形晶格結(jié)構(gòu)的新型二維材料。單層石墨烯的厚度約為0.35納米，是世界上最薄的材料。石墨烯具有極強的機械性能，其彈性模量約為lOOOGPa，是目前已知的機械強度最好的材料。單層石墨烯還具有良好的導電性，其電子遷移率實驗測量值超過15000cm2v-ls-l，載流子濃度可達1013cm_2，在10?100K范圍內(nèi)，遷移率幾乎與溫度無關。體積小、強度高、導電性好等特性使得石墨烯成為一種可用于微/納機電系統(tǒng)的優(yōu)良材料。
[0004]目前，懸空石墨烯的機械諧振性質(zhì)已經(jīng)得到了很多的研究。已有報道的石墨烯諧振器的激振方式主要包括:光學方法和電學方法。光學方法是用一束脈沖激光照射懸空石墨烯，由于石墨烯對光的熱吸收而導致體積周期性的變化，當激光脈沖頻率與懸空石墨烯本征頻率一致時，可以實現(xiàn)石墨烯的諧振。電學方法:在有柵極結(jié)構(gòu)的襯底上，石墨烯置于凹槽或凹坑上形成懸空結(jié)構(gòu)，在石墨烯和柵極之間施加交變電壓，由于靜電力的作用，當交變電壓的頻率和懸空石墨烯的頻率一致時，懸空石墨烯產(chǎn)生諧振。但光學方法所需光學器件和光路難以實現(xiàn)微小型化。電學方法需要在石墨烯上制作電極，極易造成懸空部位污染，影響諧振器的品質(zhì)因子的提高。
[0005]聲表面波(surface acoustic wave, SAW)是一種能量局域在固體表面?zhèn)鞑サ臋C械波；聲表面波在傳播過程中同時具有橫波分量和縱波分量，即質(zhì)點的運動軌跡是同時具有平行于和垂直于固體表面的橢圓形狀。由于這些特點，使得聲表面波在傳播時可以將能量傳遞給懸空的石墨烯引起石墨烯的機械振動。聲表面波作為石墨烯諧振器的激振源，可以避免上面提到的電學方法和光學方法的弊端，具有體積小、容易集成等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種石墨烯諧振器及其制作方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)高的諧振頻率及品質(zhì)因子，易于實現(xiàn)集成化。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種石墨烯諧振器，包括襯底、聲表面波發(fā)生器及石墨烯，所述聲表面波發(fā)生器設置在襯底表面，用于產(chǎn)生聲表面波，所述襯底在所述聲表面波傳播方向上設置有一凹槽，所述石墨烯設置在所述凹槽上方形成懸空的石墨烯，懸空的石墨烯能夠在聲表面波的作用下機械振動。
[0008]進一步，所述襯底為壓電晶體，所述聲表面波發(fā)生器為叉指換能器。
[0009]進一步，所述壓電晶體選自于鈮酸鋰、壓電石英晶體、II1-V族化合物、I1-VI族化合物中的一種。
[0010]進一步，所述石墨烯選自于單原子層石墨烯、多原子層石墨烯、單層氧化石墨烯以及多層氧化石墨烯中的一種。
[0011]進一步，所述石墨烯為P型或η型摻雜或表面修飾的石墨烯。
[0012]進一步，一種上述石墨烯諧振器的制造方法包括如下步驟:提供一襯底；在所述襯底表面制作聲表面波發(fā)生器，所述聲表面波發(fā)生器用于產(chǎn)生聲表面波；在所述聲表面波傳播方向上在所述襯底表面制作一凹槽；將石墨烯置于所述凹槽上方，形成懸空的石墨烯，懸空的石墨烯能夠在聲表面波的作用下機械振動。
[0013]進一步，在所述襯底表面采用光刻、鍍膜微加工手段制作聲表面波發(fā)生器。
[0014]進一步，所述凹槽采用光刻、感應耦合等離子體刻蝕或反應離子刻蝕微加工手段制備。
[0015]進一步，所述石墨烯使用化學氣相沉積的方法制備。
[0016]進一步，所述石墨烯通過濕法或干法遷移的方法轉(zhuǎn)移到凹槽上，形成懸空石墨烯。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點在于:采用聲表面波作為激振源，石墨烯作為機械振動結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明石墨烯諧振器具有更小的自身質(zhì)量和更高的諧振頻率及品質(zhì)因子，且易于實現(xiàn)集成化，可用于極小壓力傳感和極小質(zhì)量探測的微機電系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0018]圖1所示為本發(fā)明石墨烯諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示為本發(fā)明石墨烯諧振器制作方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的石墨烯諧振器及其制作方法的【具體實施方式】做詳細說明。
[0020]圖1所示為本發(fā)明石墨烯諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖1，石墨烯諧振器10包括襯底11、聲表面波發(fā)生器12及石墨烯13。
[0021]在本【具體實施方式】中，所述襯底11為壓電晶體，并且選自于鈮酸鋰、壓電石英晶體、II1-V族化合物、I1-VI族化合物以及其他壓電材料中的一種。所述聲表面波發(fā)生器12為叉指換能器。
[0022]所述聲表面波發(fā)生器12設置在所述襯底11的表面，用于產(chǎn)生聲表面波。
[0023]所述聲表面波作為石墨烯諧振器10的激振源。所述聲表面波發(fā)生器12在襯底11表面上形成形狀像兩只手的手指交叉狀的金屬圖案，通過逆壓電效應將輸入的電信號轉(zhuǎn)變成聲信號，形成聲表面波。
[0024]所述襯底11在所述聲表面波傳播方向上設置有一凹槽14。所述凹槽14的形狀沒有限制。所述凹槽14可以采用光刻和離子束刻蝕的方法形成。優(yōu)選地，所述凹