【技術實現步驟摘要】
本申請涉及半導體，特別涉及一種壓電異質襯底結構及制備方法。
技術介紹
1、鈮酸鋰與鉭酸鋰是集壓電、鐵電、熱釋電、聲光及電光等性能于一體的多功能晶體材料，在聲波器件、光通訊、激光及光電子等領域中有著廣泛的應用；5g、大數據、增強/虛擬現實等新興領域對信息傳輸速率、功耗、信號質量提出了更高的要求，但現有鈮酸鋰或鉭酸鋰體材料器件由于材料性質的限制，難以滿足通信系統更高的要求；而由于離子束剝離技術制備壓電異質襯底間組合的多樣性，對器件性能的提升及新型器件工作模式和原理的探索具有重要意義，使得單晶壓電異質襯底的制備具有很大的研究價值；通過將鈮酸鋰或鉭酸鋰薄膜與已知襯底結合，能夠使聲學器件中聲波能量和光學器件中光波能量更集中于壓電薄膜中，提高器件的性能，有利于器件的小型化和集成化。
2、然而，聲學器件中的聲波能量和光學器件中的光波能量集中入射在器件的平滑界面處，容易反射體聲波和光波，為器件引入干擾信號；并且，在器件光刻的過程中，對于多層薄膜復合襯底結構，層與層之間的平滑界面容易造成紫外光的反射，導致光刻的分辨率降低，對器件的性能造成不良影響。
技術實現思路
1、針對現有技術的上述問題，本申請提供一種壓電異質襯底結構及制備方法。具體技術方案如下：
2、一方面，本申請提供一種壓電異質襯底結構，包括襯底層、介質層和壓電薄膜層，所述介質層位于所述襯底層和所述壓電薄膜層之間；
3、所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面具有以第一面密度分布的多種預設微粒，所述介質層和所述襯
4、進一步地，所述壓電異質襯底結構滿足下述特征中的至少其一：
5、所述第一面密度大于等于所述第二面密度；所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面上的多種所述預設微粒，以及所述介質層和所述襯底層間的界面上的多種所述預設微粒中的至少之一，具有屬于至少兩種尺寸范圍的預設微粒，同一界面區域內各種尺寸范圍的預設微粒混合分布。
6、進一步地，所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面上，同一界面區域內各種尺寸范圍的預設微粒的第一面密度隨所述預設微粒所屬的尺寸范圍增大而減小；和/或，
7、所述介質層和所述襯底層間的界面上，同一界面區域內各種尺寸范圍的預設微粒的第二面密度隨所述預設微粒所屬的尺寸范圍增大而減小。
8、進一步地，所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面上的多種所述預設微粒，以及所述介質層和所述襯底層間的界面上的多種所述預設微粒中的至少之一，包括硅微粒、二氧化硅微粒、五氧化二鉭微粒、五氧化二鈮微粒、鉭酸鋰微粒和鈮酸鋰微粒中的至少一種。
9、進一步地，所述多種預設微粒包括第一微粒和第二微粒，所述第一微粒的尺寸小于所述第二微粒的尺寸；所述多種預設微粒滿足下述特征中的至少其一：
10、所述第一微粒的尺寸大于等于0.2μm，且小于0.5μm；所述第二微粒的尺寸大于等于0.5μm；
11、所述第一微粒的第一面密度為0.0112顆/cm2～16.98顆/cm2；
12、所述第二微粒的第一面密度為0顆/cm2～4.53顆/cm2；
13、所述第一微粒的第二面密度為0顆/cm2～16.98顆/cm2；
14、所述第二微粒的第二面密度為0顆/cm2～4.53顆/cm2。
15、進一步地，所述壓電異質襯底結構還包括位于所述襯底層和所述介質層間的陷阱電荷層，所述多種預設微粒以所述第二面密度分布于所述介質層和所述陷阱電荷層間的界面以及所述襯底層和所述陷阱電荷層間的界面。
16、進一步地，所述壓電異質襯底結構滿足下述特征中的至少其一：
17、所述襯底層的材料包括硅、氧化硅、多晶硅、絕緣體上硅(soi)、藍寶石、碳化硅，絕緣體上的碳化硅、石英、氮化鋁、氮化鎵、金剛石中的至少一種；
18、所述襯底層的厚度為200um～1000um；
19、所述介質層的材料為氧化硅或氮化硅；
20、所述介質層的厚度為100nm～1000nm；
21、所述壓電薄膜層的材料為單晶鈮酸鋰和單晶鉭酸鋰中的至少一種；
22、所述壓電薄膜層的厚度為100nm～10000nm；
23、所述陷阱電荷層的材料為多晶硅、非晶硅或多孔硅；
24、所述陷阱電荷層的厚度為200nm～3000nm。
25、另一方面，本申請還提供了一種壓電異質襯底結構的制備方法，包括：
26、通過介質層將襯底層和壓電薄膜層鍵合，形成壓電異質襯底結構；所述介質層位于所述襯底層和所述壓電薄膜層之間；所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面具有以第一面密度分布的多種預設微粒，所述介質層和所述襯底層間的界面具有以第二面密度分布的多種預設微粒。
27、進一步地，在所述通過介質層將襯底層和壓電薄膜層鍵合，形成壓電異質襯底結構之前，所述方法還包括：
28、在所述壓電薄膜層和所述介質層中至少之一的表面形成第一面密度分布的多種預設微粒，并在所述介質層和所述襯底層中至少之一的表面形成第二面密度分布的多種預設微粒。
29、進一步地，在所述通過介質層將襯底層和壓電薄膜層鍵合，形成壓電異質襯底結構之前，所述方法還包括：
30、在所述襯底層和所述介質層中至少之一的表面形成陷阱電荷層，以使得鍵合后的所述壓電異質襯底結構中，所述陷阱電荷層位于所述襯底層和所述介質層間；所述多種預設微粒以所述第二面密度分布于所述介質層和所述陷阱電荷層間的界面以及所述襯底層和所述陷阱電荷層間的界面。
31、基于上述技術方案，本申請具有以下有益效果：
32、1、本申請在壓電薄膜層和介質層間的界面設有第一面密度分布的多種預設微粒，能夠對入射到該壓電異質襯底結構中的體聲波和光波進行散射；并且，在介質層和襯底層間的界面設有第二面密度分布的多種預設微粒，第二面密度不大于第一面密度，能夠進一步對部分泄露下來的光波和體聲波進行散射，同時，能夠放大上層界面(即壓電薄膜層和介質層間的界面)上的多種預設微粒對體聲波和光波的散射效果，從而協同增強該壓電異質襯底結構整體對入射的體聲波和光波的散射效果，避免為該壓電異質襯底結構以及具有該壓電異質襯底結構的器件引入干擾信號，也有利于提高制備得到的壓電異質襯底結構的分辨率，大大提升該壓電異質襯底結構的器件性能。
33、2、本申請的壓電異質襯底結構的各個界面上，同一界面區域內各種尺寸范圍的預設微粒的面密度隨該預設微粒所屬的尺寸范圍增大而減小，也即多種預設微粒的尺寸范圍與面密度之間相互協同，一方面通過引入尺寸較大的預設微粒進一步增強對聲波和光波的散射效果，另一方面能夠通過降低面密度以降低尺寸較大的預設微粒在壓電異質襯底結構中引入薄膜缺陷的風險，維持壓電異質襯底結構的制備良率。
34、3、本申請在介質層和襯底層之間引入陷阱電荷層，能夠提供深能級的陷阱電荷補償外加偏壓的表面電勢，避本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種壓電異質襯底結構，其特征在于，包括襯底層、介質層和壓電薄膜層，所述介質層位于所述襯底層和所述壓電薄膜層之間；
2.根據權利要求1所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電異質襯底結構滿足下述特征中的至少其一：
3.根據權利要求2所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面上，同一界面區域內各種尺寸范圍的預設微粒的第一面密度隨所述預設微粒所屬的尺寸范圍增大而減小；和/或，
4.根據權利要求2所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面上的多種所述預設微粒，以及所述介質層和所述襯底層間的界面上的多種所述預設微粒中的至少之一，包括硅微粒、二氧化硅微粒、五氧化二鉭微粒、五氧化二鈮微粒、鉭酸鋰微粒和鈮酸鋰微粒中的至少一種。
5.根據權利要求2所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述多種預設微粒包括第一微粒和第二微粒，所述第一微粒的尺寸小于所述第二微粒的尺寸；所述多種預設微粒滿足下述特征中的至少其一：
6.根據權利要求1所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電異質襯底
7.根據權利要求1-6任一項所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電異質襯底結構滿足下述特征中的至少其一：
8.一種壓電異質襯底結構的制備方法，其特征在于，包括：
9.根據權利要求8所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，在所述通過介質層將襯底層和壓電薄膜層鍵合，形成壓電異質襯底結構之前，所述方法還包括：
10.根據權利要求8所述的壓電異質襯底結構的制備方法，其特征在于，在所述通過介質層將襯底層和壓電薄膜層鍵合，形成壓電異質襯底結構之前，所述方法還包括：
...【技術特征摘要】
1.一種壓電異質襯底結構，其特征在于，包括襯底層、介質層和壓電薄膜層，所述介質層位于所述襯底層和所述壓電薄膜層之間；
2.根據權利要求1所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電異質襯底結構滿足下述特征中的至少其一：
3.根據權利要求2所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面上，同一界面區域內各種尺寸范圍的預設微粒的第一面密度隨所述預設微粒所屬的尺寸范圍增大而減小；和/或，
4.根據權利要求2所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述壓電薄膜層和所述介質層間的界面上的多種所述預設微粒，以及所述介質層和所述襯底層間的界面上的多種所述預設微粒中的至少之一，包括硅微粒、二氧化硅微粒、五氧化二鉭微粒、五氧化二鈮微粒、鉭酸鋰微粒和鈮酸鋰微粒中的至少一種。
5.根據權利要求2所述的壓電異質襯底結構，其特征在于，所述多種預設微粒包括第一微粒和第二微粒，所述第一...
【專利技術屬性】
技術研發人員：歐欣，柯新建，黃凱，
申請(專利權)人：上海新硅聚合半導體有限公司，
類型：發明
國別省市：
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