[发明专利]压电谐振器

说明书

技术领域

本发明涉及压电谐振器。

背景技术

很多现代设备包含用于产生和隔离高频信号的振荡器和滤波器。发现这些部件在接收和发送射频信号的设备中广泛应用。还已知使用石英晶体振荡器来产生精确的时钟信号。

发明内容

本发明的第一方面提供一种装置，包含：

第一电极，其中第一电极包含至少一个石墨烯层；

第二电极；以及

压电材料层，其被设置在第一电极和第二电极之间，其中压电材料能够响应于向第一或第二电极的振荡电信号的施加在谐振频率处谐振。

该装置还可被配置成改变施加到第一电极的电压偏置。

第一电极可以包含单个石墨烯层或多个石墨烯层。另外，第二电极可以包含至少一个石墨烯层。谐振频率可以是射频。

装置还可以包含射频信号输入和电压偏置输入。

装置可以合并在集成电路中。集成电路可以合并在电路板中。集成电路或电路板可以合并在便携式设备中。

本发明的第二方面提供一种方法，包含：

提供第一电极，其中该第一电极包含至少一个石墨烯层；

提供第二电极；以及

提供布置在第一电极和第二电极之间的压电材料层，其中压电材料能够响应于向第一或第二电极的振荡电信号的施加在谐振频率处谐振。

该方法还可包含提供用于改变施加到第一电极的电压偏置的部件。

本发明的第三方面提供操作设备的方法，该方法包含：

向包含第一电极、第二电极以及布置在第一电极和第二电极之间的压电材料层的装置施加振荡电信号，从而使压电材料在谐振频率处谐振，该第一电极包含至少一个石墨烯层；以及

改变施加到装置的偏置电压。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，附图中：

图1是示出石墨烯电容器的电容与电压的依赖关系的图；

图2示出根据本发明的示例性实施例的压电谐振器；

图3是图2的压电谐振器的电路模型；

图4是示出示例性实施方式中图2的压电谐振器的电路模型；以及

图5是包含图2的谐振器的示例性便携式设备的示意性说明。

具体实施方式

石墨烯是由单层紧密排列的碳原子形成的材料。因为石墨烯是原子厚度的平面薄片，所以它可以被认为是二维或准二维材料。石墨和其他石墨材料由石墨烯的多个堆叠层形成。尽管石墨的结构已经被广泛地研究，但是仅在近些年才实现各种石墨烯薄片的隔离。石墨烯薄片可以通过石墨的脱落机械地或通过使用液相溶剂产生。石墨烯还可以通过在各种基板上的外延生长产生。早期在隔离石墨烯的尝试导致单层石墨烯的低产出率，大多数产生的石墨烯是多层的。更先进的技术正被发展且现在可以产生主要是单层的石墨烯薄膜且产生双层和三层石墨烯薄片。最近，极大（～0.5m×0.5m）的主要是单层的石墨烯薄膜已经在铜基板上生长出来，且被转移到柔性目标基板。

已发现石墨烯具有显著的电子和机械属性，包括在室温的极高电子迁移率水平和极低电阻率。如果石墨烯合并到电容器的电极中，由于石墨烯的电子可压缩性，可以观察到对于总电容的贡献。这种贡献通常被称为“量子电容”且是在费米能级的态密度的直接测量。通常用于定义量子电容的表达是C_q=e²D，其中e是电子电荷且D是态密度。量子电容反比于材料中电子和空穴的有效质量且所以具有相对高电子（和空穴）迁移率的材料将具有相对大的量子电容。石墨烯具有狄拉克状电子谱线，意味着电子和空穴具有接近于零的有效质量。因此，石墨烯的量子电容极高。

在大多数二维系统中，量子电容通常是小的恒定值。然而在石墨烯中，态密度是费米能级的强函数。如果将电压施加到石墨烯，则导致费米能级中的变化，这进而产生态密度中的变化。参考图1，图100示出说明石墨烯电容器的电容与电容器两端施加的电压差之间的依赖关系。仅用于说明性目的示出轴标度。观察的总电容中的变化源于石墨烯的量子电容中的变化值。在零施加电压时，电容器具有作为几何静电电容和量子电容的乘积的电容。当施加的电压变化时，量子电容贡献中的变化产生总电容中的明显变化。