一种复合单晶压电基板及其制备方法技术

本申请公开了一种复合单晶压电基板及其制备方法，所述复合单晶压电基板包括依次叠加的衬底层、损伤层、二氧化硅层和单晶压电层，其中，所述损伤层包覆于所述衬底层内部，并且，损伤层‑二氧化硅层的界面与衬底层‑二氧化硅层的界面共面，所述结构损伤由激光刻蚀形成，能够捕获载流子，从而削弱甚至消除信号损耗，本申请提供的方法首先在衬底层上利用热氧化的方法制备二氧化硅层，再通过激光刻蚀的方法在衬底层‑二氧化硅层界面处制备损伤层，并使所述损伤层完全位于衬底层中，将热氧化步骤设置于制备损伤层之前，能够有效避免热氧化工艺对损伤层中损伤的恢复，从而保证损伤层具有较高的捕获载流子的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种复合单晶压电基板及其制备方法
本申请属于功能性半导体材料领域，特别涉及一种复合单晶压电基板及其制备方法。
技术介绍
复合单晶压电基板在声表面波滤波器中表现出较好的性能，复合单晶压电基板包括依次叠加的单晶压电层、低声阻层和高声阻衬底层。低声阻层主要用于与高声阻层形成声阻差，使得声波的能量主要集中于单晶压电层和低声阻层中，限制能量下漏。二氧化硅是低声阻层最常用的材料，与一般的压电材料相反，二氧化硅层具有正的声速温度系数，对压电材料的频率温度系数起到补偿作用，从而降低最终器件的频率温度漂移系数，补偿效果与二氧化硅层的厚度有关。因此，复合单晶压电基板对低声阻层具有两方面的要求：一是声波传输损耗低；二是厚度均匀性。同时硅、碳化硅材料因为其成熟的制备和加工工业化程度，成为高声阻材料的首选。在现有技术中，通过热氧化方式生长而得的SiO2在上述两项要求中的表现最出色。然而，实际制造所得的复合单晶压电基板在二氧化硅层和衬底层的界面处存在很多电荷，这些电荷能够吸引衬底层中的载流子聚集于界面，从而在二者界面处形成导电层，这个导电层能够与声表面波滤器件在使用过程产生的电磁场相互作用造成信号损耗。现有技术在二氧化硅层与衬底层之间引入一层多晶硅层，利用多晶硅中自然存在的结构损伤捕获载流子，从而减少导电层对信号的干扰。但是，多晶硅的引入使得获得良好的二氧化硅层变得非常困难，并且带来其他的问题：首先，多晶硅一般采用沉积工艺来制备，所用原料一般是含有Si元素的气体或液体，这些原料不环保；其次，在制备二氧化硅的热氧化温度下，多晶硅会再结晶化，导致该多晶硅层捕获载流子效果降低，因此，在制备多晶硅后无法利用热氧化的方式制作高质量的二氧化硅。
技术实现思路
为解决上述问题中的至少一个，本申请提供一种复合单晶压电基板，所述复合单晶压电基板包括依次叠加的衬底层、损伤层、二氧化硅层和单晶压电层，其中，所述损伤层包覆于所述衬底层内部，并且，损伤层-二氧化硅层的界面与衬底层-二氧化硅层的界面共面，所述损伤层具有结构损伤，所述结构损伤由激光刻蚀形成，所述结构损伤能够捕获载流子，从而避免在衬底层-二氧化硅层的界面处形成导电层，进而削弱甚至消除信号损耗。本申请还提供一种制备所述复合单晶压电基板的方法，所述方法首先在衬底层上利用热氧化的方法制备二氧化硅层，再通过激光刻蚀的方法在衬底层-二氧化硅层界面处制备损伤层，并使所述损伤层完全位于衬底层中，本申请提供的方法利用热氧化方法制备二氧化硅层，使制得的二氧化硅层致密且均匀，并且，本申请提供的方法将热氧化步骤设置于制备损伤层之前，能够有效避免热氧化工艺对损伤层中损伤的恢复，从而保证损伤层具有较高的捕获载流子的能力。本申请的目的在于提供一种复合单晶压电基板，所述复合单晶压电基板包括依次叠加的衬底层1、损伤层2、二氧化硅层3和单晶压电层4，其中，所述损伤层2包覆于所述衬底层1中，并且，损伤层-二氧化硅层的界面与衬底层-二氧化硅层的界面共面，所述损伤层具有结构损伤，所述结构损伤由激光刻蚀形成，所述损伤层2的损伤密度为1011个/cm2以上，优选地，所述损伤密度为1011至1014个/cm2。本申请在衬底层与二氧化硅的界面上设置具有预设密度的损伤层，所述损伤层能够利用其自身的结构损伤，如损伤结构和/或褶皱等来捕获衬底层与二氧化硅层界面上的载流子，从而避免导电层形成，进而削弱甚至消除信号损耗，从而提高所述复合单晶压电基板的性能，并且，所述损伤层基于衬底层与二氧化硅层一体制备，从而降低制备复杂度，并且能够提高所制备复合单晶压电基板的整体稳定性。在一种可实现的方式中，所述结构损伤包括损伤结构、褶皱、裂隙和多孔结构，其中，所述裂隙可形成沿衬底层-二氧化硅层界面延伸的网纹。在一种可实现的方式中，所述损伤层2的厚度为300nm～3μm，优选为500nm～2μm，从而保证在提供充足捕获载流子能力的情况下厚度最小，以降低制备损伤层2的工艺复杂程度。在一种可实现的方式中，由损伤层-二氧化硅界面至所述损伤层2内部，所述损伤层2的结构损伤密度逐渐减小。在一种可实现的方式中，所述二氧化硅层3通过热氧化方法制备，本申请人发现，使用热氧化方式制备的二氧化硅层3致密、均匀，并且，相比于热沉积等方式，热氧化工艺所需的原料仅为氧气和水，较为环保。在一种可实现的方式中，所述二氧化硅层3的厚度均匀性小于2％，以满足复合单晶压电基板性能需求。在一种可实现的方式中，所述复合单晶压电基板由包括以下步骤的方法制备：在衬底层的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层；在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层；利用激光穿过所述单晶压电层和所述二氧化硅层对衬底层与二氧化硅层的界面进行损伤，形成损伤层，使单晶压电层、二氧化硅层、损伤层和衬底层叠加形成复合单晶压电基板。在本申请中，所述复合单晶压电基板由下至上依次包括衬底层1、二氧化硅层3、损伤层2和单晶压电层4，所述“上表面”中的“上”与“由下至上”中的“上”所指方向相同。在另一种可实现的方式中，所述复合单晶压电基板由包括以下步骤的方法制备：在衬底层的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层；利用激光穿过所述单晶压电层和所述二氧化硅层对衬底层与二氧化硅层的界面进行损伤，形成损伤层，使二氧化硅层、损伤层和衬底层叠加形成复合单晶压电基板；在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层。本申请的另一目的在于提供一种制备第一方面所述复合单晶压电基板的方法，所述方法包括：在衬底层的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层；在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层；利用激光穿过所述单晶压电层和所述二氧化硅层对衬底层与二氧化硅层的界面进行损伤，形成损伤层，使单晶压电层、二氧化硅层、损伤层和衬底层叠加形成复合单晶压电基板。本申请的另一目的在于提供另一种制备第一方面所述复合单晶压电基板的方法，所述方法包括：在衬底层的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层；利用激光穿过所述单晶压电层和所述二氧化硅层对衬底层与二氧化硅层的界面进行损伤，形成损伤层，使二氧化硅层、损伤层和衬底层叠加形成复合单晶压电基板；在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层。本申请首先通过热氧化方式在衬底层的上表面制备二氧化硅层，所得二氧化硅层致密、均匀、与衬底层结合稳定并且具有较低的声波传输损耗以及良好的厚度均匀性，再通过键合的方式将预先制备的单晶压电层转移至二氧化硅层上表面，最后再穿过单晶压电层和二氧化硅层向二氧化硅层-衬底层的界面进行激光刻蚀来制备损伤层，从而避免在制备单晶压电层过程中所利用的高温可能会沿损伤层对复合单晶压电基板造成的破坏。本申请选择先热氧化制备二氧化硅层，再通过膜转移方式制备单晶压电层，最后用激光刻蚀的方式制备损伤层的工艺顺序，既能够保证损伤层结构稳定，具有较强的载流子捕获能力，又能够保证二氧化硅层具有较高的品质，从而有效解决传统方案中在硅衬底上依次制备非晶硅或者多晶硅层、二氧化硅层过程中的高温对非晶硅或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合单晶压电基板，其特征在于，所述复合单晶压电基板包括依次叠加的衬底层(1)、损伤层(2)、二氧化硅层(3)和单晶压电层(4)，其中，所述损伤层(2)包覆于所述衬底层(1)中，并且，损伤层-二氧化硅层的界面与衬底层-二氧化硅层的界面共面，所述损伤层具有结构损伤，所述结构损伤由激光刻蚀形成，所述损伤层(2)的损伤密度为10

【技术特征摘要】
1.一种复合单晶压电基板，其特征在于，所述复合单晶压电基板包括依次叠加的衬底层(1)、损伤层(2)、二氧化硅层(3)和单晶压电层(4)，其中，所述损伤层(2)包覆于所述衬底层(1)中，并且，损伤层-二氧化硅层的界面与衬底层-二氧化硅层的界面共面，所述损伤层具有结构损伤，所述结构损伤由激光刻蚀形成，所述损伤层(2)的损伤密度为1011/cm2以上，优选地，所述损伤密度为1011至1014个/cm2。


2.根据权利要求1所述的复合单晶压电基板，其特征在于，结构损伤包括损伤结构、褶皱、裂隙和多孔结构，其中，所述裂隙可形成沿衬底层-二氧化硅层界面延伸的网纹。


3.根据权利要求1或2所述的复合单晶压电基板，其特征在于，所述损伤层(2)的厚度为300nm～3μm，优选为500nm～2μm。


4.根据权利要求1至3任一项所述的复合单晶压电基板，其特征在于，由损伤层-二氧化硅界面至所述损伤层(2)内部，所述损伤层(2)的结构损伤密度逐渐减小。


5.根据权利要求1至4任一项所述的复合单晶压电基板，其特征在于，所述复合单晶压电基板由包括以下步骤的方法制备：
在衬底层的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层；
在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层；
利用激光穿过所述单晶压电层和所述二氧化硅层对衬底层与二氧化硅层的界面进行损伤，形成损伤层，使单晶压电层、二氧化硅层、损伤层和衬底层叠加形成复合单晶压电基板。


6.一种制备权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李真宇，张秀全，李洋洋，张涛，王金翠，
申请(专利权)人：济南晶正电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37