CN111755588A - 一种复合单晶压电基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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。
背景技术
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。
发明内容
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多晶硅缺陷的恢复的问题。
在一种可实现的方式中，所制得二氧化硅层3的均匀性小于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，所述穿过所述二氧化硅层3向衬底层1的表面进行激光损蚀，一方面保证二氧化硅层3的声波传输损耗率以及厚度均匀性等性能不发生改变，另一方面能够在目标位置获得具有出色载流子捕获能力的损伤层。
在一种可实现的方式中，所用激光的波长为300nm～1200nm，优选为420nm～1064nm，更优选为600nm～800nm；激光的能量密度为1J/cm2～100J/cm2，优选为30～70J/cm2。
在一种可实现的方式中，在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层可以包括：
制备单晶压电基体，所述单晶压电基体包括层压的单晶压电层和衬底材料；
分别对二氧化硅层的上表面以及单晶压电层表面进行表面活化；
将表面活化后的二氧化硅层与单晶压电层进行键合；
去除单晶压电层上的衬底材料。
本申请所采用的键合方式可以为现有技术中无需使用高温处理的键合方式，并在键合后去除承载单晶压电层的衬底材料，避免对复合单晶压电基板中其余部分进行处理，从而保证复合单晶压电基板的性能以及结构稳定性。
在一种可实现的方式中，所述制备单晶压电基体包括：
对键合于衬底材料上的单晶压电晶圆进行离子注入，形成薄膜层、注入层和余料层；
将衬底材料与所述单晶压电晶圆的薄膜层键合；
沿所述注入层将所述余料层从所述薄膜层上剥离。
本申请可以采用离子注入的方式预先制备铌酸锂、钽酸锂等单晶压电层，以便将压电单晶层转移至二氧化硅层上。
本申请在预制单晶压电层过程中完成对单晶压电层晶格的恢复，使得单晶压电层仅需要与二氧化硅层进行键合，在键合后无需再次高温处理，从而在将所述单晶压电层转移至所述二氧化硅层上后无需再对所述单晶压电层进行热处理，保证损伤层结构稳定，并且所述单晶压电层具有良好的晶格形态。
与现有技术相比，本申请提供的复合单晶压电基板具有致密、均匀的二氧化硅层，并且在衬底层的预设位置设置有具有预设缺陷密度的损伤层，所述损伤层具有充足的载流子捕获能力，从而削弱复合单晶压电基板中的导电层，减小由于导电层造成的信号损失；本申请提供的制备所述复合单晶压电基板的方法首先在衬底层上通过热氧化方法制备二氧化硅层，再利用常温键合方式在二氧化硅层上键合单晶压电层，最后再通过激光照射等穿透性方式在衬底层与二氧化硅界面形成损伤层，或者，在预制有二氧化硅层的衬底层表面制备损伤层，再通过二氧化硅层与单晶压电层键合，本方法将高温工艺设置于离子注入/激光刻蚀之前，既能够使得二氧化硅层致密均匀，又能够保证损伤层结构和性能稳定，使最终获得的复合单晶压电基板性能优良。
附图说明
图1示出本申请提供复合单晶压电基板的剖面结构示意图；
图2示出本实例一种制备所述复合单晶压电基板的流程示意图；
图3示出本实例另一种制备所述复合单晶压电基板的流程示意图。
附图标记说明
1-衬底层，2-损伤层，3-二氧化硅层，4-单晶压电层，5-单晶压电晶圆，51-薄膜层，52-注入层，53-余料层，6-衬底材料。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致方法的例子。
下面通过具体的实施例对本申请提供的复合单晶压电基板其制备方法进行详细阐述。
图1示出本申请提供复合单晶压电基板的剖面结构示意图，如图1所示，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。
在本实例中，所述衬底层1可以为硅衬底层，也可以为本领域中可用的衬底。
在本实例中，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，即，所述损伤层与所述二氧化硅层接合，所述衬底层也与所述二氧化硅层接合。
在本实例中，所述损伤层具有结构损伤，所述结构损伤由激光刻蚀形成，其中，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，使得所述损伤层2的表面及其内部结构从宏观上看可以具有缺陷，也可以无明显缺陷，但是，从微观角度，所述损伤层2中的晶格结构被破坏，形成可用于捕获载流子的空穴。
本申请人发现，衬底层-二氧化硅层界面上的电荷密度，即，载流子密度一般在1010～1013个/cm2，如果要达到对载流子的良好捕获效果，所述损伤层2的缺陷密度需要远大于衬底层-二氧化硅层界面中的电荷密度，例如，可以为1011至1014/cm2，使得损伤层2的损伤结构既能够满足捕获载流子的需求，又能够最大程度地降低工艺难度和复杂程度。
可选地，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。
进一步地，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，即，在损伤层2与二氧化硅层3界面处的缺陷密度最大，由于载流子主要集中于二氧化硅层3与衬底层1界面处，并且在所述界面内移动，因此，在所述二氧化硅层-衬底层界面上缺陷密度最大，从而使载流子最大程度地被损伤层2所捕获。
进一步地，所述损伤层2内缺陷密度的降低速率可根据具体需要而具体设定。
本申请人发现，由于二氧化硅和硅对不同波长的激光的透光性和损伤阈值不同，因此，采用特定波长和特定能量密度的激光可以透过二氧化硅层3照射在衬底层1上，衬底层1吸收激光能量被加热后原子间的化学键被熔断，从而产生损伤结构，形成激光损蚀层，可以利用激光损蚀层的损伤结构使衬底层1表面的载流子被捕获，进而避免衬底层1导电，并且，所述激光损蚀的方式可通过精确控制激光的波长、能量密度、照射时间以及入射焦深等参数来精确控制损伤层2的位置、损伤层的缺陷密度、损伤层的厚度等参数。
在本实例中，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。
在本实例中，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。
图2示出本实例一种制备所述复合单晶压电基板的流程示意图，如图2所示，本实例所述复合单晶压电基板可以根据包括以下步骤1至步骤3的方法制备：
步骤1，在衬底层的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层3。
在本实例中，所述二氧化硅层可以在衬底层的上表面通过热氧化方式制备。本申请人发现，与例如，等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)，或者，低压力化学气相沉积法(LPCVD)等沉积方式制备的二氧化硅层相比，通过热氧化方式制备的二氧化硅层在致密性、均匀性以及表面粗糙度等方面的性能都表现出较大的优越性，具体地，通过热氧化方式制备的二氧化硅层能够直接达到可与单晶压电薄膜键合的要求，而且热氧化法的制备成本低、工艺简单。
在本实例中，热氧化方法所采用的参数可以根据二氧化硅层的规格尺寸等参数而具体设定。
在本实例中，所制得二氧化硅层3的均匀性小于2％，例如，1％，以满足复合单晶压电基板性能需求。
步骤2，在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层。
在本实例中，在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层可以包括以下步骤S201至步骤S204：
步骤S201，制备单晶压电基体，所述单晶压电基体包括层压的单晶压电层和衬底材料。
在本实例中，所述单晶压电层可预制于另一衬底材料上，形成单晶压电基体，再通过膜转移的方法将所述单晶压电层转移至所述二氧化硅层上，从而获得结构稳定的复合单晶压电基板，以避免对单晶压电层进行恢复晶格处理的过程使损伤层中的损伤结构被修复或者使所述二氧化硅层沿所述损伤层从硅衬底层上剥离下来，从而提高成品率。
本申请在预制单晶压电层过程中完成对单晶压电层晶格的恢复，使得单晶压电层仅需要与二氧化硅层进行键合，而在键合后无需再次高温处理，即，在将所述单晶压电层转移至所述二氧化硅层上后无需再对所述单晶压电层进行热处理，从而保证损伤层结构稳定，并且所述单晶压电层具有良好的晶格形态。
在本实例中，对制备所述单晶压电层4方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种在衬底上制备单晶压电薄膜的方法来制备所述单晶压电层4，例如，所述单晶压电层4可通过离子注入的方式制备。
在本实例中，所述单晶压电层可以为氧化硅衬底上钽酸锂薄膜、氧化硅衬底上的铌酸锂单晶薄膜，也可以为其它的结构，例如，硅衬底上钽酸锂薄膜、硅衬底上铌酸锂单晶薄膜等。
以下以硅衬底-钽酸锂薄膜为例说明单晶压电层的制备方法，具体地，所述单晶压电层可以通过包括以下步骤S211至步骤S213的方法制备：
步骤S211，对键合于衬底材料6上的单晶压电晶圆5进行离子注入，形成薄膜层51、注入层52和余料层53；
步骤S212，将衬底材料6与所述单晶压电晶圆的薄膜层51键合；
步骤S213，沿所述注入层52将所述余料层53从所述薄膜层51上剥离，其中，所述薄膜层51即为后续所要转移的单晶压电层4。
在本实例中，对制备单晶压电层的各参数不做特别限定，可以根据具体需要而具体设定。
进一步地，将所述余料层剥离后，对所述单晶压电层进行恢复晶格处理，使得所述单晶压电层在离子注入过程中可能造成的晶格损伤恢复至单晶状态。本实例对恢复晶格处理的方法不做特别限定，例如，可以采用退火方法恢复单晶压电层的晶格。
本实例对上述离子注入法制备单晶压电层的工艺参数不做特别限定，本领域技术人员可根据具体需要而具体选择特定参数。
本实例在制备单晶压电层过程中完成对单晶压电层晶格的恢复，使得单晶压电层仅需要与二氧化硅层进行键合，在键合后无需再次高温处理，从而保证损伤层结构稳定。
步骤S202，分别对二氧化硅层的上表面以及单晶压电层表面进行表面活化。
在本实例中，对二氧化硅层的上表面以及单晶压电层表面进行表面活化的方法不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种对半导体材料进行表面活化的方法，例如，化学活化和等离子体活化等。
步骤S203，将表面活化后的二氧化硅层与单晶压电层进行键合。
本申请所采用的键合方式可以为现有技术中无需使用高温处理的键合方式，并在键合后去除承载单晶压电层的衬底材料，避免对复合单晶压电基板中其余部分进行处理，从而保证复合单晶压电基板的性能以及结构稳定性。
步骤S204，去除单晶压电层上的衬底材料6。
本实例对去除单晶压电层上衬底材料的方法不做特别限定，可以采用现有技术去除衬底的方法，例如，可以通过化学溶液腐蚀、反应离子刻蚀、研磨等工艺或上述工艺组合的方式去除所述衬底。
步骤3，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。
在本实例中，所用激光的波长为300nm～1200nm，优选为420nm～1064nm，更优选为600nm～800nm；激光的能量密度为1J/cm2～100J/cm2，优选为30～70J/cm2。
在本实例中，激光刻蚀的照射时间长100s～5000s，优选为100s～1000s，使得所述损伤层的损伤密度能够达到目标损伤密度。
在本实例中，所述激光刻蚀的入射焦深为300nm～3μm，优选为500nm～2μm，使得所述损伤层的厚度为目标厚度。
在本实例中，穿过所述单晶压电层4和所述二氧化硅层3向衬底层1的表面进行激光损蚀，一方面保证二氧化硅层3的声波传输损耗率以及厚度均匀性等性能不发生改变，另一方面能够在目标位置获得具有出色载流子捕获能力的损伤层。
图3示出本实例另一种制备所述复合单晶压电基板的流程示意图，如图3所示，本实例所述复合单晶压电基板可以根据包括以下步骤1’至步骤3’的方法制备：
步骤1’，在衬底层的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层。
本步骤与步骤1相同，具体实现方式可参见步骤1，在此不再赘述。
步骤2’，利用激光穿过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。
本步骤与步骤3相似，区别仅在于激光穿透的对象仅为二氧化硅层，所用激光的波长为300nm～1200nm，优选为420nm～1064nm，更优选为600nm～800nm；激光的能量密度为1J/cm2～100J/cm2，优选为30～70J/cm2，具体可根据损伤层的厚度等具体选择。
步骤3’，在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层。
本步骤与步骤2相同，具体实现方式可参见步骤2，在此不再赘述。
本申请提供的方法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，或者，在预制有二氧化硅层的衬底层表面制备损伤层，再通过二氧化硅层与单晶压电层键合，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多晶硅缺陷的恢复的问题。
与现有技术相比，本申请提供的复合单晶压电基板具有致密、均匀的二氧化硅层，并且在衬底层的预设位置设置有具有预设缺陷密度的损伤层，所述损伤层具有充足的载流子捕获能力，从而削弱复合单晶压电基板中的导电层，减小由于导电层造成的信号损失；本申请提供的制备所述复合单晶压电基板的方法首先在衬底层上通过热氧化方法制备二氧化硅层，再利用常温键合方式在二氧化硅层上键合单晶压电层，最后再通过激光照射等穿透性方式在衬底层与二氧化硅界面形成损伤层，或者，在预制有二氧化硅层的衬底层表面制备损伤层，再通过二氧化硅层与单晶压电层键合，本方法将高温工艺设置于离子注入/激光刻蚀之前，既能够使得二氧化硅层致密均匀，又能够保证损伤层结构和性能稳定，使最终获得的复合单晶压电基板性能优良。
实施例
实施例1
步骤1，取4英寸单晶硅，在其上表面进行热氧化处理，热氧化处理的参数为1000℃湿氧氧化，生成厚度为500nm二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度均匀性为1％；
步骤2，穿过二氧化硅层对单晶硅层与二氧化硅相邻的表面进行激光损蚀，所用激光的波长为1064nm，能量密度为100J/cm2，入射焦深为2μm，所形成损伤层的厚度为2μm，通过扫描晶片方式，实现激光对整个4英寸片内均匀损伤，形成衬底基板。
步骤3，取4英寸铌酸锂晶圆，向所述钽酸锂晶圆中进行离子注入，使所述钽酸锂晶圆形成薄膜层、注入层和余料层，其中，薄膜层的厚度为600nm；将离子注入后的钽酸锂晶圆键合于硅衬底上，所述薄膜层与所述硅衬底键合；对键合体进行热处理，使得钽酸锂余料层沿所述注入层剥离，在所述硅衬底上形成钽酸锂薄膜，再对所述钽酸锂薄膜进行退火处理，恢复其晶格形态；
将所述钽酸锂薄膜转移至所述二氧化硅上表面，获得复合单晶压电基板，再去除钽酸锂薄膜上的硅衬底。
本实施例步骤3获得的复合单晶压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性优于2％，损伤层的缺陷密度为1014个/cm2，在使用状态下，硅衬底层的电阻率大于10000Ω·cm。
实施例2
步骤1，取6英寸单晶硅，在其上表面进行热氧化处理，热氧化处理的参数为1200℃湿氧氧化，生成厚度为700nm二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度均匀性为1％；
步骤2，取6英寸钽酸锂晶圆，向所述钽酸锂晶圆中进行离子注入，使所述钽酸锂晶圆形成薄膜层、注入层和余料层，其中，薄膜层的厚度为900nm；将离子注入后的钽酸锂晶圆键合于硅衬底上，所述薄膜层与所述硅衬底键合；对键合体进行热处理，使得钽酸锂余料层沿所述注入层剥离，在所述硅衬底上形成钽酸锂薄膜，再对所述钽酸锂薄膜进行退火处理，恢复其晶格形态；
将所述钽酸锂薄膜转移至所述二氧化硅上表面，去除钽酸锂薄膜上的硅衬底；
步骤3，穿过钽酸锂层和二氧化硅层对单晶硅层与二氧化硅相邻的表面进行激光损蚀，所用激光的波长为350nm，能量密度为20J/cm2，入射焦深为500nm，所形成损伤层的厚度为500nm，通过扫描晶片方式，实现激光对整个4英寸片内均匀损伤。即得复合单晶压电基板。
本实施例步骤3获得的复合单晶压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性优于2％，损伤层的缺陷密度为1014个/cm2，在使用状态下，硅衬底层的电阻率大于10000Ω·cm。
实施例3
步骤1，取6英寸单晶硅，在其上表面进行热氧化处理，热氧化处理的参数为1200℃湿氧氧化，生成厚度为800nm二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度均匀性为1％；
步骤2，取6英寸铌酸锂晶圆，向所述钽酸锂晶圆中进行离子注入，使所述钽酸锂晶圆形成薄膜层、注入层和余料层，其中，薄膜层的厚度为600nm；将离子注入后的钽酸锂晶圆键合于硅衬底上，所述薄膜层与所述硅衬底键合；对键合体进行热处理，使得钽酸锂余料层沿所述注入层剥离，在所述硅衬底上形成钽酸锂薄膜，再对所述钽酸锂薄膜进行退火处理，恢复其晶格形态；
将所述钽酸锂薄膜转移至所述二氧化硅上表面，去除钽酸锂薄膜上的硅衬底；
步骤3，穿过铌酸锂和二氧化硅层对单晶硅层与二氧化硅相邻的表面进行激光损蚀，所用激光的波长为800nm，能量密度为70J/cm2，照射时长为1000s，入射焦深为3μm，所形成损伤层的厚度为3μm，即得复合单晶压电基板。
本实施例步骤3获得的复合单晶压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性优于2％，损伤层的缺陷密度为1013个/cm2，在使用状态下，硅衬底层的电阻率大于10000Ω·cm。
实施例4
步骤1，取4英寸单晶硅，在其上表面进行热氧化处理，热氧化处理的参数为1200℃湿氧氧化，生成厚度为300nm二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度均匀性为1％；
步骤2，取4英寸钽酸锂晶圆，向所述钽酸锂晶圆中进行离子注入，使所述钽酸锂晶圆形成薄膜层、注入层和余料层，其中，薄膜层的厚度为700nm；将离子注入后的钽酸锂晶圆键合于硅衬底上，所述薄膜层与所述硅衬底键合；对键合体进行热处理，使得钽酸锂余料层沿所述注入层剥离，在所述硅衬底上形成钽酸锂薄膜，再对所述钽酸锂薄膜进行退火处理，恢复其晶格形态；
将所述钽酸锂薄膜转移至所述二氧化硅上表面，去除钽酸锂薄膜上的硅衬底；
步骤3，穿过钽酸锂和二氧化硅层对单晶硅层与二氧化硅相邻的表面进行激光损蚀，所用激光的波长为600nm，能量密度为30J/cm2，照射时长为200s，入射焦深为300nm，所形成损伤层的厚度为300nm，即得复合单晶压电基板。
本实施例步骤3获得的复合单晶压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性优于2％，损伤层的缺陷密度为1012个/cm2，在使用状态下，硅衬底层的电阻率大于10000Ω·cm。
对比例
对比例1
步骤1，取4寸单晶硅衬底，利用LPCVD方案沉积1μm多晶硅；
步骤2，在多晶硅上利用PECVD沉积厚度为600nm的二氧化硅层，二氧化硅层的厚度均匀性为3％；
步骤3，为达到可以用于键合的光滑表面对二氧化硅进行化学机械抛光，抛光二氧化硅至300nm，抛光之后二氧化硅的均匀性为6％；
步骤4：利用离子注入加键合的方式，在步骤3得到的二氧化硅层上制作钽酸锂单晶薄膜，薄膜层的厚度为900nm。
本对比例所获得的复合压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性小于6％，在使用状态下，因为二氧化硅层的厚度均匀性比较差而使得最终的器件频率温度系数和中心频率均一性较差。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
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。
6.一种制备权利要求1至5任一项所述复合单晶压电基板的方法，其特征在于，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。
7.一种制备权利要求1至5任一项所述复合单晶压电基板的方法，其特征在于，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。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所用激光的波长为300nm～1200nm，优选为420nm～1064nm，更优选为600nm～800nm。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，激光的能量密度为1J/cm2～100J/cm2，优选为30～70J/cm2。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述二氧化硅层表面键合单晶压电层包括：
制备单晶压电基体，所述单晶压电基体包括层压的单晶压电层和衬底材料；
分别对二氧化硅层的上表面以及单晶压电层表面进行表面活化；
将表面活化后的二氧化硅层与单晶压电层进行键合；
去除单晶压电层上的衬底材料。
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