[发明专利]基于应力补偿制备柔性单晶薄膜的方法及柔性单晶薄膜

说明书

本发明提供一种基于应力补偿制备柔性单晶薄膜的方法及柔性单晶薄膜，制备包括：提供第一单晶衬底及第二单晶衬底，分别具有第一离子注入面及第二离子注入面；对第一单晶衬底进行第一离子注入，形成第一缺陷层，对第二单晶衬底进行第二离子注入，形成第二缺陷层；将第一离子注入面与第二离子注入面进行键合；沿第一缺陷层剥离得到第一单晶薄膜层，沿第二缺陷层剥离得到第二单晶薄膜层，获得柔性单晶薄膜。本发明采用对称应力补偿技术，制备了由第一单晶薄膜层及第二单晶薄膜层构成的柔性单晶薄膜，避免了制备的薄膜卷曲、碎裂的问题；使得可以得到具备超薄、超轻、柔性且可以自支撑特性的薄膜；可以通过本发明的方案制备得到大面积的柔性单晶薄膜。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，特别是涉及一种基于应力补偿制备柔性单晶薄膜的方法及柔性单晶薄膜。

背景技术

近年来，基于柔性衬底的柔性电子学受到了全球范围的广泛关注，其在柔性显示、电子皮肤、传感器、可穿戴设备等诸多领域都有着潜在的应用前景。

目前，柔性衬底和功能薄膜是构成柔性电子器件的材料基础，一般而言，单晶功能薄膜相较于多晶或非晶薄膜性能更为突出。然而，单晶薄膜的制备一直是半导体制备技术领域的难点，常规的薄膜制备方法如脉冲激光沉积法、磁控溅射法、原子层沉积法、热蒸发法等难以制备出高品质单晶薄膜；分子束外延技术制备单晶薄膜需要特定单晶衬底，所需生长的单晶薄膜与所使用的衬底的晶格(常数)匹配，而柔性衬底和功能薄膜在结构上往往存在巨大差异，衬底的选择受限，同时外延生长对生长环境，如温度、压强等要求也较高，因此，要在柔性衬底上外延制备大面积高质量的单晶功能薄膜面临诸多挑战；另外，除外延匹配生长外，薄膜转移技术也是制备单晶薄膜的有效手段，但常规薄膜转移技术，如离子束剥离、键合与研磨等技术多将单晶薄膜转移到硬质体材料，而由于其机械不稳定性，常规薄膜转移技术不适合于柔性衬底；同时柔性衬底表面平整度较低，难以形成高质量键合界面，不利于后期器件工艺。

因此，如何提供一种柔性单晶薄膜及其制备方法，以解决上述问题实属必要，提供一种针对柔性电子学的通用单晶薄膜制备技术具有十分重要的意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于应力补偿制备柔性单晶薄膜的方法及柔性单晶薄膜，用于解决现有技术中柔性单晶薄膜中存在的缺陷，特别是难以大面积制备高质量柔性单晶薄膜等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于应力补偿制备柔性单晶薄膜的方法，包括如下步骤：

1)提供第一单晶衬底及第二单晶衬底，且所述第一单晶衬底具有第一离子注入面，所述第二单晶衬底具有第二离子注入面；

2)自所述第一离子注入面对所述第一单晶衬底进行第一离子注入，以在所述第一单晶衬底中形成第一缺陷层，自所述第二离子注入面对所述第二单晶衬底进行第二离子注入，以在所述第二单晶衬底中形成第二缺陷层；

3)将所述第一离子注入面与所述第二离子注入面进行键合；以及

4)沿所述第一缺陷层剥离部分所述第一单晶衬底以得到第一单晶薄膜层，沿所述第二缺陷层剥离部分所述第二单晶衬底以得到第二单晶薄膜层，从而获得由键合的所述第一单晶薄膜层及所述第二单晶薄膜层构成的所述柔性单晶薄膜。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)，控制所述第一缺陷层及所述第二缺陷层的深度，以使得所述第一单晶衬底内基于所述第一离子注入产生的应力及所述第二单晶衬底内基于所述第二离子注入产生的应力概呈相同。

作为本发明的一种优选方案，通过控制离子注入过程中注入离子种类以及注入剂量中的至少一者以调节所述第一单晶衬底及所述第二单晶衬底中产生的应力。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述第一单晶衬底的种类与所述第二单晶衬底的种类相同，且步骤2)中，所述第一缺陷层的深度与所述第二缺陷层的深度概呈相同。