本申请涉及压电材料换能，具体而言，涉及一种具有薄膜机械振子的单层芯片一体化读取装置及制备方法。
背景技术：
1、当前，对具有高品质因子的宏观机械振子通过边带冷却等技术，能够实现机械振子振动模式的量子基态冷却，从而将这种宏观物体冷却到量子区，在量子传感、量子信息存储和转换以及量子精密测量等领域展现出越来越大的应用前景。其中采用高张应力薄膜制备的薄膜机械振子因较容易实现超高品质因子，成为这种宏观机械振子的一种优异选择。
2、目前对这种薄膜机械振子的状态信息读取主要采取微波场或者光场耦合方式，其中：
3、微波场读取需要将薄膜机械振子金属化后与一个微波谐振腔进行耦合，微波谐振腔与薄膜机械振子分别加工制备在两片芯片，最后通过倒装焊等方式连接在一起形成空间电容耦合，倒装焊连接时需要对薄膜机械振子施加一定压力进行压合，该压力容易导致高张应力的薄膜机械振子变形破裂，降低器件的质量与成品率。光场读取则需要将薄膜机械振子放置在一个光学f-p腔中，f-p腔尺寸为厘米量级，而光学f-p腔尺寸大，且难以调节，环境振动等噪声容易影响光学f-p腔的工作频率和品质因子，导致比较难通过光学f-p腔对薄膜机械振子进行状态读出表征。
4、因此，无论采用微波场读取还是光场读取，都无法将读取结构与薄膜机械振子制备到同一片芯片上，因而整个器件结构和加工工艺都较为复杂。
技术实现思路
1、为了解决上述问题中的至少一个，本申请提出一种具有薄膜机械振子的单层芯片一体化读取装置及制备方法。
2、根据本申请的第一方面，本申请的至少一个实施例提供了一种具有薄膜机械振子的单层芯片一体化读取装置，包括：衬底基片，所述衬底基片的两个表面构成声子法布里-珀罗腔；第一金属化层，生长于所述衬底基片上；压电材料层，生长于所述第一金属化层上，用于产生声子发射至所述衬底基片中；牺牲材料层，生长于所述压电材料层上；高张应力薄膜，生长于所述牺牲材料层上，并在所述高张应力薄膜内形成薄膜机械振子；第二金属化层，生长于所述高张应力薄膜上，与所述第一金属化层形成电场；其中在外加驱动信号驱动所述高张应力薄膜上的所述薄膜机械振子的情况下，所述薄膜机械振子带动所述第二金属化层振动，从而使所述第一金属化层和所述第二金属化层之间的电场改变，使得所述压电材料层发射至所述衬底基片中的声子改变，以在所述声子法布里-珀罗腔形成束缚声子，实现所述高张应力薄膜上的所述薄膜机械振子与所述衬底基片的体声波耦合，获取所述高张应力薄膜上的所述薄膜机械振子信息。
3、例如，在本申请的一些实施例中，所述第二金属化层具有预设图案；所述高张应力薄膜以所述预设图案为中心，向四周周期性排列多个刻蚀窗口，以形成所述薄膜机械振子。
4、例如，在本申请的一些实施例中，所述衬底基片包括蓝宝石。
5、例如，在本申请的一些实施例中，所述第一金属化层和所述第二金属化层为半导体微纳加工金属材料，包括金和/或铝。
6、例如，在本申请的一些实施例中，所述压电材料层为能够通过微纳加工生长的压电薄膜材料，包括氮化铝和/或铌酸锂。
7、例如，在本申请的一些实施例中，所述牺牲材料层为多晶硅材料。
8、例如，在本申请的一些实施例中，所述高张应力薄膜为氮化硅和/或碳化硅材料。
9、根据本申请的第二方面，本申请的至少一个实施例提供了一种制备方法，用于制备如第一方面中任一项所述的单层芯片一体化读取装置，所述制备方法包括：在所述衬底基片上沉积所述第一金属化层；在所述第一金属化层上沉积所述压电材料层；在所述压电材料层上沉积所述牺牲材料层；在所述牺牲材料层上沉积所述高张应力薄膜；在所述高张应力薄膜上沉积所述第二金属化层；在所述第二金属化层上刻蚀出预设图案；窗口化去除所述高张应力薄膜，形成周期性排列窗口区域，以形成薄膜机械振子区域，并露出所述牺牲材料层；刻蚀释放与所述高张应力薄膜中周期性排列窗口区域对应的所述牺牲材料层。
10、例如，在本申请的一些实施例中，所述窗口化去除所述高张应力薄膜，形成周期性排列窗口区域，以形成薄膜机械振子区域，并露出所述牺牲材料层，包括：以所述预设图案为中心，向四周周期性刻蚀所述高张应力薄膜，以在所述高张应力薄膜形成多个刻蚀窗口，形成所述薄膜机械振子区域。
11、例如，在本申请的一些实施例中，所述刻蚀释放与所述高张应力薄膜中周期性排列窗口区域对应的所述牺牲材料层，包括：采用各向同性刻蚀方法刻蚀所述牺牲材料层，使得与所述高张应力薄膜中周期性排列窗口区域对应的所述牺牲材料层的材料被刻蚀释放，处于四周的所述牺牲材料层的材料保留，以支撑所述高张应力薄膜。
12、通过上述示例实施例，本申请提供的一种具有薄膜机械振子的单层芯片一体化读取装置及制备方法，通过半导体加工工艺实现单层芯片上同时包含薄膜机械振子和读取结构，简化薄膜机械振子器件的加工制备流程，有利于提高薄膜机械振子的质量和成品率，有利于器件的小型化和集成化。
13、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
1.一种具有薄膜机械振子的单层芯片一体化读取装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的单层芯片一体化读取装置，其特征在于：
3.如权利要求1所述的单层芯片一体化读取装置，其特征在于，所述衬底基片包括蓝宝石。
4.如权利要求1所述的单层芯片一体化读取装置，其特征在于，所述第一金属化层和所述第二金属化层为半导体微纳加工金属材料，包括金和/或铝。
5.如权利要求1所述的单层芯片一体化读取装置，其特征在于，所述压电材料层为能够通过微纳加工生长的压电薄膜材料，包括氮化铝和/或铌酸锂。
6.如权利要求1所述的单层芯片一体化读取装置，其特征在于，所述牺牲材料层为多晶硅材料。
7.如权利要求1所述的单层芯片一体化读取装置，其特征在于，所述高张应力薄膜为氮化硅和/或碳化硅材料。
8.一种制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-7中任一项所述的单层芯片一体化读取装置，所述制备方法包括：
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述窗口化去除所述高张应力薄膜，形成周期性排列窗口区域，以形成薄膜机械振子区域，并露出所述牺牲材料层，包括：
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀释放与所述高张应力薄膜中周期性排列窗口区域对应的所述牺牲材料层，包括：
