[发明专利]一种铌酸锂自支撑薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铌酸锂自支撑薄膜的制备方法，包括：获取具有抛光面的铌酸锂单晶晶片；获取高阻衬底，并在所述高阻衬底上沉积一层介电层；在所述介电层的表面刻蚀沟槽；将所述铌酸锂单晶晶片的所述抛光面与所述介电层具有所述沟槽的表面键合形成第一复合结构；对所述第一复合结构进行减薄处理后得到第二复合结构；对所述第二复合结构进行表面处理后得到第三复合结构；将所述第三复合结构放入处理液中进行腐蚀，得到所述铌酸锂自支撑薄膜。通过上述方法得到的铌酸锂自支撑薄膜与铌酸锂单晶晶片的质量一样，从而解决了现有技术中制备铌酸锂薄膜时由于离子束作用而造成的薄膜缺陷问题。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种铌酸锂自支撑薄膜及其制备方法。

背景技术

铌酸锂晶体是一种集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光折变等性能于一体的多功能材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性；由于铌酸锂晶体的大尺寸以及低制备成本，其已逐渐成为材料领域重要的功能新材料。目前，铌酸锂晶体已经在红外探测器、激光调制器、光通讯调制器、光学开关、光参量振荡器、集成光学元件、高频宽带滤波器、窄带滤波器、高频高温换能器、微声器件、激光倍频器、自倍频激光器、光折变器件(如高分辨的全息存储)、光波导基片和光隔离器等方面获得了广泛的实际应用，被公认为光电子时代光学硅的主要侯选替代材料之一。基于铌酸锂晶体准相位匹配技术的周期极化(PeriodieallyPoled LiNbO3，PPLN)，可以最大程度地利用其有效非线性系数，广泛应用于倍频、和频/差频、光参量振荡等光学过程，在激光显示和光通信领域具有广阔的应用前景，从而使其成为非常流行的非线性光学材料。

但由于铌酸锂晶体的器件制备工艺成本高，刻蚀工艺困难，以及不能兼容当下最普适的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺，难于实现系统上的芯片集成，以致于阻碍其发挥出最佳的材料特性。针对这一问题，目前基于离子束切割和层转移技术制备的铌酸锂薄膜(LNOI)提供了不错的解决方案，但是由于离子束对晶体的损伤作用，导致即使晶体性能恢复后仍然会有大量缺陷存在，限制了其作为光学器件的性能。

发明内容

本发明要解决的是基于离子束切割和层转移技术制备铌酸锂薄膜时，由于离子束对晶体的损伤作用而造成的薄膜缺陷问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种铌酸锂自支撑薄膜的制备方法，包括以下步骤：

获取具有抛光面的铌酸锂单晶晶片；获取高阻衬底，并在所述高阻衬底上沉积一层介电层；在所述介电层的表面刻蚀沟槽；将所述铌酸锂单晶晶片的所述抛光面与所述介电层具有所述沟槽的表面键合形成第一复合结构；对所述第一复合结构进行减薄处理后得到第二复合结构；对所述第二复合结构进行表面处理后得到第三复合结构；将所述第三复合结构放入处理液中进行腐蚀，得到所述铌酸锂自支撑薄膜。

进一步地，所述铌酸锂单晶晶片的厚度为200微米-500微米；所述铌酸锂单晶晶片的所述抛光面的表面粗糙度小于1纳米；所述铌酸锂单晶晶片的尺寸为2英寸到6英寸。

进一步地，所述高阻衬底为硅片、碳化硅或氮化镓；所述介电层为氧化钽层、二氧化钛层、钛酸钡层、二氧化锆层、二氧化铪层、氧化铝层或氧化硅层。

进一步地，所述介电层的厚度为5纳米至500纳米；所述介电层的表面粗糙度小于1纳米。

进一步地，所述沟槽的数量为多个，且每个所述沟槽具有相同的尺寸；所述沟槽的沟长为10微米至500微米，深度为50纳米至200纳米，宽度为1微米至50微米；每相邻两个所述沟槽的间距为20微米至100微米。

进一步地，所述铌酸锂单晶晶片的所述抛光面与所述介电层具有所述沟槽的表面键合方式为表面活化键合方式、金属键合方式或阳极键合方式；所述键合方式的条件为：真空度1E-7帕、压力为16兆帕且温度为25摄氏度至200摄氏度。

进一步地，所述减薄处理的方法为研磨法或湿法腐蚀法。