【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种单畴化纳米级热释电单晶薄膜及其制备方法，属于半导体。
技术介绍
1、铌酸锂(ln)、钽酸锂(lt)、石英等氧化物单晶，作为压电材料，由于良好的机电耦合系数，被广泛的应用于声表面波(saw)滤波器等元件的材料，可以使滤波器实现高带宽的特性。传统的研抛工艺可获得数微米至数十微米的氧化物单晶薄膜，但是随着通信设备小型化的发展趋势，设备内零件的体积也被要求进一步的小型化和高性能化，因此利用智能剥离技术制备纳米级厚度薄膜的方法也被用于制备纳米级厚度的氧化物单晶薄膜。
2、智能剥离技术主要是使用轻离子对晶片进行轰击，如h+、he等，使带电离子进入晶片内，并在晶片内部形成一层离子注入层，然后经过热处理工序，使单晶薄膜由离子注入层所在的位置从原始晶片上剥离下来。但是在制备过程中，由于需要使用较高的能量，例如500kev，对氧化物单晶晶片进行轰击，会使单晶薄膜内产生较多的缺陷；因此，必须选择合适的温度对得到的纳米级单晶薄膜进行退火，才能消除因离子注入产生的缺陷。
3、一般的，电荷主要积聚在晶体与衬底基板键合面附近。以铌酸锂为例，铌酸锂顺电相时，li和nb分别位于氧平面和氧八面体中心，无自发极化；铁电相时，li和nb都发生了沿z轴的电偶极矩，即出现了自发极化现象，自发极化矢量ps沿z轴方向。由此可知，z向切割得到的铌酸锂晶体(以下简称为z切向铌酸锂晶体)具有自发极化、且在外电场的作用下能够出现极化反转的现象。
4、由于铌酸锂晶体具有非常高的热释电系数，高达4×10-5c/m2k，同时因其较高的电
5、现有技术对压电晶体单畴化的方法是将晶体两端做上电极升温到居里温度以上，通上电流，然后逐渐降温。但是此方法不适合应用于制作薄膜基底材料，原因在于，需要每一片都要在正反两面做上电极，量产应用成本高，工艺繁琐，无法实现批量化生产；另外，由于硅衬底与铌酸锂、钽酸锂的热膨胀系数差异较大，将薄膜加热到居里温度以上时极易发生破碎。
6、如何使利用智能剥离技术获得的纳米级热释电单晶薄膜拥有接近于体材料极化强度，成为了亟需解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种单畴化纳米级热释电单晶薄膜及其制备方法。
2、本专利技术的方法规避了薄膜在热退火处理中由于热释电性质产生的电荷所带来的极化反转，改善了纳米级热释电单晶薄膜极化强度的性能，使所得纳米级单晶薄膜的极化特性接近于体材料。
3、为实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
4、一种单畴化纳米级热释电单晶薄膜的制备方法，包括步骤如下：
5、1)提供一衬底片晶圆，清洗后，在衬底片晶圆上制备一层二氧化硅作为隔离层；
6、2)提供一热释电薄膜片晶圆a，清洗后，采用离子注入的方式将氦离子(he+)注入热释电薄膜片晶圆a中；
7、3)将步骤2)离子注入的热释电薄膜片晶圆a的+z极化面与步骤1)衬底片晶圆的二氧化硅层进行第一次键合，得到键合体a；
8、4)将键合体a在150℃～400℃下恒温保温，实现热释电薄膜片的第一次剥离，形成+z极化面朝向二氧化硅的热释电消除层a；
9、5)提供一热释电薄膜片晶圆b，清洗后，采用离子注入的方式将氦离子(he+)注入热释电薄膜片晶圆b中；
10、6)将步骤5)离子注入的热释电薄膜片晶圆b的-z极化面与步骤4)所得键合体a的热释电消除层的-z极化面进行第二次键合，得到键合体b；
11、7)将键合体b在150℃～400℃下恒温保温，实现热释电薄膜片的第二次剥离，形成+z极化面背离键合体b的热释电薄膜层，热释电薄膜层抛光，得到单畴化热释电晶体薄膜b。
12、根据本专利技术优选的，步骤1)中，衬底片晶圆选自硅、碳化硅、蓝宝石、石英、熔融石英，尺寸为3～12英寸，厚度为0.2～1mm。
13、进一步优选的，步骤1)中，衬底片晶圆选自硅晶圆，尺寸为4英寸。
14、根据本专利技术优选的，步骤1)中，对衬底片晶圆的光滑面进行清洗，清洗后，采用热氧化、pecvd、lpcvd或cvd方式在衬底片晶圆上制备一层二氧化硅层，二氧化硅层厚度为50nm～5μm。
15、进一步优选的，步骤1)中，对沉积二氧化硅层进行退火，消除沉积二氧化硅层中的杂质离子以降低吸收损耗
16、进一步优选的，步骤1)中，二氧化硅层的粗糙度为小于等于0.5nm。
17、根据本专利技术优选的，步骤2)中，热释电薄膜片晶圆a为铌酸锂、钽酸锂或碳化硅，尺寸为3～12英寸，厚度为0.2～1mm。
18、进一步优选的，步骤2)中，热释电薄膜片晶圆a为z切向的铌酸锂晶圆，尺寸为4inch，注入面为+z的极化面。
19、根据本专利技术优选的，步骤2)中，氦离子的注入能量为30kev～5mev，剂量为1×1015ions/cm2～1×1017ions/cm2。注入氦离子形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的薄膜片晶圆。
20、根据本专利技术优选的，步骤3)中，键合采用等离子体键合的方法进行，键合体a结构自上而下依次为-z极化面背离二氧化硅的铌酸锂薄膜片，二氧化硅隔离层，硅衬底片。
21、根据本专利技术优选的，步骤4)中，对+z极化面朝向二氧化硅的热释电消除层a进行抛光，减薄至5nm-100nm，表面粗糙度小于等于0.5nm，得到具有热释电消除层键合体a。
22、根据本专利技术优选的，步骤5)中，热释电薄膜片晶圆b与步骤2)热释电薄膜片晶圆a相同，但离子注入面为-z的极化面，与热释电薄膜片晶圆a的注入面相反。
23、根据本专利技术优选的，步骤5)中，氦离子的注入能量为30kev～5mev，剂量为1×1015ions/cm2～1×1017ions/cm2，氦离子的注入能量、剂量与步骤2)相同或不相同。
24、根据本专利技术优选的，步骤6)中，键合采用等离子体键合的方法进行，离子注入的热释电薄膜片晶圆b的注入面与步骤4)所得键合体a背离二氧化硅层的热释电消除层面进行第二次键合。
25、根据本专利技术优选的，步骤7)中，热释电薄膜层抛光为将热释电薄膜层抛光减薄至50nm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单畴化纳米级热释电单晶薄膜的制备方法，包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，衬底片晶圆选自硅、碳化硅、蓝宝石、石英、熔融石英，尺寸为3～12英寸，厚度为0.2～1mm，对衬底片晶圆的光滑面进行清洗，清洗后，采用热氧化、PECVD、LPCVD或CVD方式在衬底片晶圆上制备一层二氧化硅层，二氧化硅层厚度为50nm～5μm，二氧化硅层的粗糙度为小于等于0.5nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，热释电薄膜片晶圆a为铌酸锂、钽酸锂或碳化硅，尺寸为3～12英寸，厚度为0.2～1mm，优选的，热释电薄膜片晶圆a为z切向的铌酸锂晶圆，尺寸为4inch，注入面为+Z的极化面。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，氦离子的注入能量为30KeV～5MeV，剂量为1×1015ions/cm2～1×1017ions/cm2。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，键合采用等离子体键合的方法进行，键合体a结构自上而下依次为-Z极化面背离二氧化硅的
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，对+Z极化面朝向二氧化硅的热释电消除层a进行抛光，减薄至5nm-100nm，表面粗糙度小于等于0.5nm，得到具有热释电消除层键合体a。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，热释电薄膜片晶圆b与步骤2)热释电薄膜片晶圆a相同，但离子注入面为-Z的极化面，与热释电薄膜片晶圆a的注入面相反，氦离子的注入能量为30KeV～5MeV，剂量为1×1015ions/cm2～1×1017ions/cm2，氦离子的注入能量、剂量与步骤2)相同或不相同。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，键合采用等离子体键合的方法进行，离子注入的热释电薄膜片晶圆b的注入面与步骤4)所得键合体a背离二氧化硅层的热释电消除层面进行第二次键合，步骤7)中，热释电薄膜层抛光为将热释电薄膜层抛光减薄至50nm-20μm。
9.一种单畴化纳米级热释电单晶薄膜，采用权利要求1-8任一所述的方法制得。
10.根据权利要求9所述的单畴化纳米级热释电单晶薄膜，其特征在于，所述单畴化纳米级热释电单晶薄膜自下而上依次设置有衬底层、隔离层、热释电消除层，热释电薄膜层，热释电薄膜层材料为铌酸锂或钽酸锂热释电薄膜层，热释电消除层材料与热释电薄膜层材料相同，但极性反向，隔离层为二氧化硅或氮化硅非晶材料，且其折射率小于热释电薄膜层材料的折射率，衬底层材料为硅、碳化硅、蓝宝石、石英、熔融石英。
...【技术特征摘要】
1.一种单畴化纳米级热释电单晶薄膜的制备方法，包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，衬底片晶圆选自硅、碳化硅、蓝宝石、石英、熔融石英，尺寸为3～12英寸，厚度为0.2～1mm，对衬底片晶圆的光滑面进行清洗，清洗后，采用热氧化、pecvd、lpcvd或cvd方式在衬底片晶圆上制备一层二氧化硅层，二氧化硅层厚度为50nm～5μm，二氧化硅层的粗糙度为小于等于0.5nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，热释电薄膜片晶圆a为铌酸锂、钽酸锂或碳化硅，尺寸为3～12英寸，厚度为0.2～1mm，优选的，热释电薄膜片晶圆a为z切向的铌酸锂晶圆，尺寸为4inch，注入面为+z的极化面。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，氦离子的注入能量为30kev～5mev，剂量为1×1015ions/cm2～1×1017ions/cm2。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，键合采用等离子体键合的方法进行，键合体a结构自上而下依次为-z极化面背离二氧化硅的铌酸锂薄膜片，二氧化硅隔离层，硅衬底片。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，对+z极化面朝向二氧化硅的热释电消除层a进行抛光，减薄至5nm-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张秀全，朱厚彬，李真宇，胡卉，杜昊阳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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