电光晶体薄膜及其制备方法，及电光调制器与流程

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种电光晶体薄膜及其制备方法，及电光调制器。

背景技术：

目前，硅材料的加工工艺非常成熟，也是产业化应用较多的半导体材料，因此，硅材料已经广泛应用于电子元器件中。由于硅材料本身是中心对称的晶体结构，导致硅没有线性电光效应，因此，硅材料无法直接用于制备高性能电光调制器。为此，传统的硅基电光调制器通常需要依靠等离子体色散效应来解决上述问题，具体方法是利用离子注入形成pn结，通过改变pn结的载流子浓度来改变硅基电光调制器中硅波导的折射率，进而实现对光波振幅的调制。不过上述方法在改变硅波导的折射率的同时，也会改变硅波导的损耗，是在牺牲消光比的基础上实现高带宽，这使得硅基电光调制器的应用受到限制。

而铌酸锂等晶体具有优良的非线性光学特性、电光特性、声光特性，在光信号处理、信息存储等方面具有广泛的应用。因此，目前有研究人员提出将硅材料与铌酸锂晶体结合制成电光晶体薄膜应用于电光调制器，这样可以利用硅波导导光和铌酸锂电光调制特性的特点，即光场的一部分以硅波导作为行进的光路，另一部分在铌酸锂薄膜层中得到调制，也就是借助铌酸锂晶体的优势，有效的弥补硅材料的短板，提升电光调制器的性能。

目前，硅材料与铌酸锂晶体结合的方式是利用粘黏剂进行粘结，但是，粘黏剂的厚度和均匀性无法准确得到控制，而铌酸锂晶体与硅波导之间的隔离层厚度均匀性小于一定数值时才能达到很好的调制效果，并且隔离层厚度均匀性越好，光场在铌酸锂薄膜层的调制效果越稳定，因此，粘黏剂作为硅材料与铌酸锂的隔离层，其厚度和均匀性无法准确得到控制，进而可能会使光场在铌酸锂层中的调制受到影响，进而影响电光调制器的性能。

技术实现要素：

本申请提供了电光晶体薄膜及其制备方法，及电光调制器，以解决粘黏剂作为硅材料与铌酸锂的隔离层，可能会使光场在铌酸锂层中的调制受到影响，进而影响电光调制器的性能的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种电光晶体薄膜，所述电光晶体薄膜从下到上依次包括：硅衬底层、二氧化硅层、硅波导层、包覆隔离层、测量反射层、隔离层和功能薄膜层；其中，所述硅波导层嵌入到所述包覆隔离层中；

所述测量反射层为低微波损耗且可见光波段反射率高的金属或者非金属，用于对所述隔离层和功能薄膜层的厚度及均匀性进行监控；

所述隔离层的折射率低于功能薄膜层的折射率，所述隔离层做平坦化处理，且可与所述功能薄膜层键合。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述测量反射层的材料为铬或钼。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述隔离层的厚度为：50nm-2000nm，厚度均匀性小于5％；所述隔离层为二氧化硅或氮化硅，所述隔离层的粗糙度小于0.5nm，平坦度小于1nm。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述包覆隔离层为二氧化硅或氮化硅；所述包覆隔离层由第一包覆隔离层和第二包覆隔离层组成；

所述第一包覆隔离层的厚度为：10nm-1000nm；所述第二包覆隔离层的厚度等于硅波导层的厚度；

所述第一包覆隔离层与所述第二包覆隔离层为一体成型。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述硅波导层中硅波导的形状为脊型条状结构，所述硅波导层的厚度为50nm-50μm，所述硅波导的宽度50nm-50μm。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述功能薄膜层为铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、磷酸钛氧铷晶体或磷酸钛氧钾晶体，所述功能薄膜层的厚度为50nm-3000nm或400nm-100μm。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述硅波导层和二氧化硅层设置有硅层，所述硅波导层和硅层的厚度之和为50nm-50μm，所述二氧化硅层的厚度为50nm-5μm。

第二方面，本申请实施例部分提供了一种电光调制器，包括如第一方面任一项所述的电光晶体薄膜。

第三方面，本申请实施例部分提供了一种电光晶体薄膜的制备方法，所述制备方法用于制备第一方面任一项所述的电光晶体薄膜，所述制备方法包括以下步骤：

准备绝缘体上硅结构，采用刻蚀法对所述绝缘体上硅结构的顶层硅进行刻蚀，形成硅波导层；其中，绝缘体上硅结构从下至上依次为硅衬底层、二氧化硅层和顶层硅；刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构；

在所述凹槽结构内填充包覆隔离层，并对其进行平坦化；

平坦化后的包覆隔离层上沉积测量反射层；

在测量反射层上沉积隔离层，并对其进行平坦化；

在所述隔离层上制备功能薄膜层，得到电光晶体薄膜。

结合第三方面，在一种实现方式中，对所述绝缘体上硅结构的顶层硅进行刻蚀，包括：采用干法刻蚀法对顶层硅进行刻蚀，将顶层硅刻蚀成脊型条状结构硅波导；其中，顶层硅完全被刻蚀或部分被刻蚀。

结合第三方面，在一种实现方式中，在所述凹槽结构内填充包覆隔离层，并对其进行平坦化，包括：

在所述凹槽结构内填充包覆隔离层，所述包覆隔离层将凹槽结构填充，并将硅波导层覆盖，本步骤重复至少三次；

其中，最后一次抛光在硅波导层上方保留目标厚度的包覆隔离层，所述包覆隔离层的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。

结合第三方面，在一种实现方式中，制备测量反射层的方法为磁控溅射。

结合第三方面，在一种实现方式中，在测量反射层上沉积隔离层，并对其进行平坦化，包括：

在测量反射层面沉积隔离层，其厚度及厚度均匀性根据所述测量反射层确定，对所述隔离层进行平坦化，直至其表面粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。

结合第三方面，在一种实现方式中，在所述凹槽结构内填充包覆隔离层和在测量反射层上沉积隔离层的制备方法为pecvd、磁控溅射、蒸发或电镀。

结合第三方面，在一种实现方式中，利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述包覆隔离层上制备功能薄膜层。

本申请实施例提供一种电光晶体薄膜及其制备方法，及电光调制器，其中，电光晶体薄膜从下到上依次包括：硅衬底层、二氧化硅层、硅波导层、包覆隔离层、测量反射层、隔离层和功能薄膜层。所述硅波导层嵌入到包覆隔离层中；测量反射层为低微波损耗且可见光波段反射率高的金属或者非金属，用于对隔离层和功能薄膜层的厚度及均匀性进行监控。隔离层的折射率低于功能薄膜层的折射率，隔离层做平坦化处理，且可与功能薄膜层键合。采用前述的方案，通过在结构中设置测量反射层，使所述隔离层的厚度可控，减少其厚度偏差，使其表面更平整，均匀性更好，以此来减少键合耦合损耗，使得在制备成电光调制器光信号能在功能薄膜层和硅波导层之间得到很好的耦合，使得制备的器件带宽宽、损耗低，器件一致性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种电光晶体薄膜的结构示意图；

图2是本申请一个实施例中包覆隔离层平坦化的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的流程示意图。

其中，100-顶层硅；110-硅衬底层；120-二氧化硅层；130-硅波导层；140-包覆隔离层，1401-第一包覆隔离层，1402-第二包覆隔离层；150-测量反射层；160-隔离层；170-功能薄膜层。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

如本申请背景技术所述，现有技术中，硅材料与铌酸锂晶体结合的方式通常是利用粘黏剂进行粘结，而目前较常使用的粘黏剂为苯并环丁烯树脂，但是，苯并环丁烯树脂作为粘结剂粘结铌酸锂与硅材料固化过程中容易产生气泡，尤其是制备大尺寸(4inch及以上尺寸)铌酸锂与硅材料键合时这种问题会更为明显，另外，苯并环丁烯树脂的使用温度通常低于400℃，高于这个温度可能会失效，而离子注入对铌酸锂等的损伤恢复通常需要400℃以上的温度，因此，同样限制苯并环丁烯树脂粘结法制备几百纳米厚度铌酸锂单晶薄膜。进一步地，苯并环丁烯树脂属于高聚物，无法使用常规的化学机械抛光工艺使其平坦化，导致硅材料与铌酸锂晶体无法紧密贴合，影响电光调制器的性能。

此外，电光调制器中的硅波导层在制备过程中需要对其抛光研磨使其平坦化，以控制其表面平整性，而抛光研磨操作会使硅波导局部受损，厚度均匀性不好，表面平整度较差，影响光信号的传播性能，这些同时会导致光在铌酸锂和波导层中的耦合不可控，从而导致器件的一致性较差，非常不适合于工业生产。

更重要的是，硅与铌酸锂等光电晶体薄膜混合集成是利用了硅波导导光和铌酸锂电光调制特性的特点，光场的一部分以硅波导作为行进的光路，另一部分在铌酸锂薄膜层中得到调制，因此，当铌酸锂薄膜层与硅波导之间的隔离层厚度均匀性小于一定数值时才能达到很好的调制效果，并且隔离层厚度均匀性越好，光场在铌酸锂薄膜层的调制效果越稳定，而采用粘黏剂粘结的方式无法对隔离层厚度进行精准监控。

因此，为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种电光晶体薄膜的结构图，如图1所示，所述电光晶体薄膜从下到上依次包括：硅衬底层110、二氧化硅层120、硅波导层130、包覆隔离层140、测量反射层150、隔离层160和功能薄膜层170。

所述硅波导层130嵌入到包覆隔离层140中，也就是说，所述包覆隔离层140将所述硅波导层130包覆。

其中，所述硅衬底层110和二氧化硅层120可由绝缘体上硅(soi)结构获得。

所述测量反射层150为低微波损耗且可见光波段反射率高的金属或者非金属，用于对所述隔离层160和功能薄膜层170的厚度及均匀性进行监控。

其中，所述测量反射层150可以对隔离层160和功能薄膜层170进行厚度的精确测量，进而控制厚度均匀性，尤其是可以对隔离层160厚度进行精准监控，其测量原理是白光干涉法。

所述隔离层160的折射率低于功能薄膜层170的折射率，所述隔离层160做平坦化处理，且可与所述功能薄膜层170键合。

其中，所述隔离层160的厚度可利用所述测量反射层150来监控，平坦化处理之后，能够使其表面更平整，厚度均匀性好，进而使得制备成电光调制器后光信号能在功能薄膜层170和硅波导层130之间得到很好的耦合，提升电光晶体薄膜的电光性能，一致性好，最终制备的电光调制器带宽宽、损耗低，器件一致性好。

此外，所述隔离层160的材料是选择折射率低于功能薄膜层170的材料的折射率，功能薄膜层170与包覆隔离层140之间存在的折射率差，可以更好地减小光信号的损耗。

本申请实施例提供一种电光晶体薄膜，所述电光晶体薄膜从下到上依次包括：硅衬底层110、二氧化硅层120、硅波导层130、包覆隔离层140、测量反射层150、隔离层160和功能薄膜层170。所述硅波导层130嵌入到包覆隔离层140中，所述测量反射层150为低微波损耗且可见光波段反射率高的金属或者非金属，用于对所述隔离层160的厚度及均匀性进行监控。所述隔离层160的折射率低于功能薄膜层170的折射率，所述隔离层160做平坦化处理，且可与所述功能薄膜层170键合。采用本申请实施例提供的方案，通过在结构中设置测量反射层150，使所述隔离层160的厚度可控，减少其厚度偏差，使其表面更平整，均匀性更好，以此来减少键合耦合损耗，使得在制备成电光调制器光信号能在功能薄膜层170和硅波导层130之间得到很好的耦合，使得制备的器件带宽宽、损耗低，器件一致性好。

在一具体实施例中，所述测量反射层150的材料为铬或钼。

其中，所述测量反射层150的材料选择铬或钼是因为，铬或钼是低微波损耗且可见光波段反射率高的材料，当然也可以是其他符合条件的材料，本申请不做具体限定。

在一具体实施例中，所述隔离层160的厚度为：50nm-2000nm，厚度均匀性小于5％。

其中，由测量反射层150控制隔离层160厚度均匀性小于5％，以此达到光场在铌酸锂薄膜层中被稳定的调制效果。

在一具体实施例中，所述隔离层160为二氧化硅或氮化硅，所述隔离层160的粗糙度小于0.5nm，平坦度小于1nm。

其中，二氧化硅、氮化硅等折射率低于光电晶体薄膜的材料，所述隔离层160做平坦化处理之后，使其表面粗糙度小于0.5nm，平坦度小于1nm。

在一具体实施例中，所述包覆隔离层140为二氧化硅或氮化硅；所述包覆隔离层140由第一包覆隔离层1401和第二包覆隔离层1402组成；所述第一包覆隔离层1401的厚度为：10nm-1000nm；所述第二包覆隔离层1402的厚度等于硅波导层130的厚度；所述第一包覆隔离层1401与所述第二包覆隔离层1402为一体成型。

其中，所述包覆隔离层140同样需要做平坦化处理，使其表面均匀性更好。

本实施例中，所述包覆隔离层140可以包括两部分，第一包覆隔离层1401和第二包覆隔离层1402，所述第一包覆隔离层1401与所述第二包覆隔离层1402为一体成型，其中，第二包覆隔离层1402的厚度是硅波导层130的厚度。

在一具体实施例中，所述硅波导层130中硅波导的形状为脊型条状结构，所述硅波导层130的厚度为50nm-50μm，所述硅波导的宽度50nm-50μm。

本实施例中，硅波导层130可包含多个均匀分布的脊型条状硅波导，各脊型条状的硅波导之间存在波导槽(凹槽结构)，脊型硅波导处的包覆隔离层140会比波导槽处的高，当抛光至硅波导层130时，波导槽处的包覆隔离层140会被过度抛光，如图2所示，如果采用单次抛光工艺无法起到硅波导平坦化的效果，本申请采用多次抛光，每次抛光至硅波导层130后再重复沉积再抛光的工艺，以此达到硅波导平坦化的目的，最终，波导槽处沉积的材料即为第二包覆隔离层1402，与最终形成的所述第一包覆隔离层1401是一体成型的，提高了功能薄膜层170和硅波导层130之间的耦合效果。

所述功能薄膜层170为电光晶体材料，用于调制光信号。由于光在折射率大的材料中传输，因此本申请实施例所述隔离层160的折射率低于所述功能薄膜层170的折射率，所述功能薄膜层170的厚度50nm-3000nm或400nm-100μm。

本申请实施例中，可以根据实际想要实现的功能，对应选用功能薄膜层170的材料，所述功能薄膜层170选自铌酸锂、钽酸锂、ktp(磷酸钛氧钾，分子式为ktiopo4)以及rtp(磷酸氧钛铷，分子式为rbtiopo4)中的一种。

可选地，所述硅波导层130和二氧化硅层120设置有硅层，所述硅波导层130和硅层的厚度之和为50nm-50μm，所述二氧化硅层120的厚度为50nm-5μm。

本实施例中，在硅波导层130与二氧化硅层120之间还有可能存在一层硅层，其与硅波导层的厚度之和为50nm-50μm；由于soi晶圆结构自上而下为50nm-50μmsi/50nm-5μmsio2/si，如果顶层硅的刻蚀深度等于该顶层硅的厚度，即完全刻蚀的情况下，经过刻蚀处理的soi晶圆形成硅衬底层110、二氧化硅层120以及硅波导层130三层结构。由于完全刻蚀对工艺要求较高，容易出现过度刻蚀的情况，一旦刻蚀到二氧化硅层120，将影响硅波导层130的平坦化效果，因此，在另一种实施例中，采用不完全刻蚀的工艺，即刻蚀深度小于顶层硅的厚度，使得硅波导层130与二氧化硅层120之间形成硅层。这种不完全刻蚀的方式使得硅波导层130的刻蚀深度能够在一定的范围内调控，刻蚀深度不同，即硅波导层130的厚度不同，则对于光的传输性能得以调控。另外，顶层硅被刻蚀成硅波导层130后，强度会变低，硅层可以改善被刻蚀后的强度。

基于本申请前述实施例所提供的电光晶体薄膜，本申请实施例部分提供了一种电光调制器，包括如上述实施例中任一项所述的电光晶体薄膜。

将本申请实施例提供的电光晶体薄膜应用于电光调制器中，该电光调制器具备硅和铌酸锂等电光晶体这两种材料的优点，以高折射率的硅波导作为加载条，同时实现在铌酸锂层的光调制效果，可广泛应用。

本申请实施例部分还提供了一种制备上述电光晶体薄膜的方法，如图3所示，图3是电光晶体薄膜的制备过程的结构示意图。

具体的，如图4所示，所述制备方法包括以下步骤：

s11，准备绝缘体上硅结构，采用刻蚀法对所述绝缘体上硅结构的顶层硅100进行刻蚀，形成硅波导层130；其中，绝缘体上硅结构从下至上依次为硅衬底层110、二氧化硅层120和顶层硅100；刻蚀后在硅波导层130中形成凹槽结构。

其中，绝缘体上硅结构又称为soi晶圆，所述soi晶圆结构自上而下为：50nm-50μmsi/50nm-5μmsio2/si。

可选地，本步骤是在顶层硅100的一面用干法刻蚀出多个均匀分布的脊型条状硅波导，形成硅波导层130，硅波导层130也可以通过机械加工、湿法腐蚀以及多种加工方式结合的工艺完成；脊型硅波导的尺寸为宽度：50nm-50μm，厚度：50nm-50μm，其中，顶层硅100(si)完全被刻蚀或部分被刻蚀，刻蚀之后，相邻的脊型条状硅波导之间形成凹槽结构。

s12，在所述凹槽结构内填充包覆隔离层140，并对其进行平坦化。

可选地，本步骤是在硅波导面沉积包覆隔离层140，所述包覆隔离层140将凹槽结构填充，并将硅波导层覆盖，对所述包覆隔离层140进行研磨抛光至硅波导层130，当抛光去除速率几乎为零时，即停止抛光，本步骤重复至少三次；其中，最后一次抛光在硅波导层130上方保留目标厚度(例如50nm、100nm、500nm、1000nm、2000nm等)的包覆隔离层140，直至所述包覆隔离层140的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终效果为覆盖于硅波导层130上方的二氧化硅厚度为10nm-1000nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层130上方二氧化硅厚度为10nm±0.5nm-1000nm±50nm。

其中，所述包覆隔离层140的沉积方法是pecvd、溅射、蒸发、电镀等；其抛光方法可采用cmp。

s13，平坦化后的包覆隔离层140上沉积测量反射层150。

其中，所述测量反射层150的沉积方法可选择磁控溅射方式。

s14，在测量反射层150上沉积隔离层160，并对其进行平坦化。

本步骤是在测量反射层150面沉积隔离层160，其厚度及厚度均匀性根据所述测量反射层150确定，对所述隔离层160进行平坦化，直至其表面粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终隔离层160的厚度为50nm-2000nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层150上方的隔离层160厚度为50nm±2.5nm-2000nm±100nm。

s15，在所述隔离层160上制备功能薄膜层170，得到电光晶体薄膜。

本步骤中，所述功能薄膜层170的制备方法可以选择利用离子注入法和键合分离法，也可以选择利用键合法和研磨抛光法，本申请不做具体限定。

当选择利用离子注入法和键合分离法时，其方案包括：对所述功能薄膜进行离子注入，所述离子注入的注入能量为50-1000kev，剂量为1e¹⁶-1e¹⁷ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的功能薄膜晶圆；采用等离子体键合的方式制备形成键合体；在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行；其中，保温温度为100～600℃，保温时间1min～48h，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜；将铌酸锂单晶薄膜抛光至50nm-3000nm(例如：100nm、400nm、500nm、800nm、1000nm、2000nm等)，得到具有纳米级厚度的电光晶体薄膜。

当选择利用键合法和研磨抛光法时，其方案包括：采用等离子体键合的方式制备形成键合体；在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行；其中，保温温度为100～600℃，保温时间1min～48h；采用机械研磨的方式减薄至1-102μm，然后抛光至400nm-100μm(例如：500nm、1μm、5μm、10μm、50μm等)，得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

所述键合体保温的目的是提升键合体的键合力，使其大于10mpa。

其中，可以通过调整离子注入深度来调整功能薄膜层170的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的功能薄膜层170的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的功能薄膜层170的厚度越小。

在离子注入之后，进行键合之前，通常需要对两个相接触的键合面进行清洗，以增强键合效果。

本申请中，根据选用的电光晶体材料的厚度需要选择不同的活化手段。由于离子注入的厚度有限，因此不适用与厚度较厚的电光晶体材料。当选用的电光晶体材料厚度较厚时，不进行离子注入，而是进行直接键合。

由上述公开的制备方法可以看出，本申请实施例公开的电光晶体薄膜的制备方法，过程简单，易操作，适合大范围推广应用。

本申请实施例中，结构部分的实施例与制备方法部分的实施例可以相互参见，此处不再赘述。

为了使本申请的方案更清楚，本申请实施例进一步公开了具体示例。

实施例1(离子注入+键合分离方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层硅(si)清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度220nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型硅波导面清洗，并采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在凹槽结构内沉积一层520nm的二氧化硅(sio2)作为包覆隔离层，二氧化硅将凹槽结构填充，并将硅波导层覆盖，然后对覆盖硅波导的二氧化硅包覆隔离层采用cmp抛光(平坦化)至硅波导层，重复pecvd沉积二氧化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为50nm的包覆隔离层，最终改善作为包覆隔离层的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方二氧化硅厚度为50nm±2.5nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型硅波导的包覆隔离层sio2面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层cr作为测量反射层，其中cr的厚度为50nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层面沉积一层500nm的sio2作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至200nm，改善sio2粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层cr上方二氧化硅隔离层的厚度为200nm±10nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，采用离子注入的方法，将氦离子(he⁺)注入铌酸锂晶片中，氦离子的注入能量为200kev，剂量为4e¹⁶ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的铌酸锂晶圆。

6)对步骤4)中二氧化硅面和步骤5)中薄膜层面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的薄膜层与隔离层(二氧化硅)进行键合，形成键合体。

7)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa，并且能够恢复离子注入对薄膜层的损伤，使得所获得的铌酸锂薄膜层接近铌酸锂晶圆的性质。

8)之后对铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至400nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例1是采用离子注入+键合分离的方法，其中，包覆隔离层为sio2，隔离层为sio2，测量反射层为cr，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层离子注入后，再与隔离层键合分离制得。

实施例2(离子注入+键合分离方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层硅si清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅未完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度100nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型条状硅波导面清洗，并采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在脊型条状硅波导面沉积一层520nm的氮化硅(si3n4)作为包覆隔离层，包覆隔离层将凹槽结构填充，并将硅波导层覆盖，然后对覆盖硅波导的氮化硅包覆隔离层采用cmp抛光至硅波导层，重复pecvd沉积氮化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为50nm的包覆隔离层，最终改善包覆隔离层粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终效果为覆盖于硅波导层上方的氮化硅厚度为50nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方氮化硅包覆隔离层的厚度为50nm±2.5nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型硅波导的包覆隔离层si3n4面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层cr作为测量反射层，其中cr的厚度为50nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层面沉积一层500nm的氮化硅作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至200nm，改善si3n4粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层cr上方氮化硅隔离层的厚度为200nm±10nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，采用离子注入的方法，将氦离子(he⁺)注入铌酸锂晶片中，氦离子的注入能量为200kev，剂量为4e¹⁶ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的铌酸锂晶圆。

6)对步骤4)中氮化硅隔离层面和步骤5)中薄膜层面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的薄膜层与隔离层(氮化硅)进行键合，形成键合体。

7)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa，并且能够恢复离子注入对薄膜层的损伤，使得所获得的铌酸锂薄膜层接近铌酸锂晶圆的性质。

8)之后对铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至400nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例2是采用离子注入+键合分离的方法，其中，包覆隔离层为si3n4，隔离层为si3n4，测量反射层为cr，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层采用离子注入后，再与隔离层键合分离制得。

实施例3(直接键合+研磨抛光的方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层si清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度220nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型硅波导面清洗，并采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在脊型硅波导面沉积一层520nm的二氧化硅(sio2)作为包覆隔离层，将凹槽结构填充，并将硅波导层覆盖，然后对覆盖硅波导层的二氧化硅包覆隔离层采用cmp抛光(平坦化)至硅波导层，重复pecvd沉积二氧化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为50nm的包覆隔离层，最终改善作为包覆隔离层的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤可重复多次，最终效果为覆盖于硅波导层上方的包覆隔离层厚度为50nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方二氧化硅厚度为50nm±2.5nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型硅波导的包覆隔离层sio2面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层cr作为测量反射层，其中cr的厚度为50nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层沉积一层500nm的sio2作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至200nm，改善sio2粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层cr上方二氧化硅隔离层的厚度为200nm±10nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，对工艺面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的工艺面与soi衬底的隔离层(二氧化硅)进行键合，形成键合体。

6)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa。

7)之后对铌酸锂单晶薄膜采用机械研磨的方式减薄至22μm，然后抛光至20μm，得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例3是采用直接键合+研磨抛光的方法，其中，包覆隔离层为sio2，隔离层为sio2，测量反射层为cr，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层直接与隔离层键合，然后研磨抛光。

实施例4(直接键合+研磨抛光的方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层si清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅未完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度100nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型硅波导面清洗，并采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在脊型硅波导面沉积一层520nm的氮化硅(si3n4)作为包覆隔离层，将凹槽结构填充，并将硅波导层覆盖，然后对覆盖硅波导层的氮化硅包覆隔离层采用cmp抛光(平坦化)至硅波导层，重复pecvd沉积氮化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为50nm的包覆隔离层，最终改善包覆隔离层粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终效果为覆盖于硅波导层上方的氮化硅厚度为50nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方氮化硅包覆隔离层的厚度为50nm±2.5nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型条状硅波导的包覆隔离层si3n4面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层cr作为测量反射层，其中cr的厚度为50nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层沉积一层500nm的氮化硅作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至200nm，改善si3n4粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层cr上方氮化硅隔离层的厚度为200nm±10nm。步骤2)和4)中氮化硅厚度及厚度不均匀性为250nm±12.5nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，对工艺面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的工艺面与soi衬底的氮化硅层(隔离层)进行键合，形成键合体。

6)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa。

7)之后对铌酸锂单晶薄膜采用机械研磨的方式减薄至22μm，然后抛光至20μm，得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例4是采用直接键合+研磨抛光的方法，其中，包覆隔离层为si3n4，隔离层为si3n4，测量反射层为cr，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层直接与隔离层键合，然后研磨抛光。

实施例5(离子注入+键合分离方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层si清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度220nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型硅波导面清洗，并采用pecvd(或者溅射、蒸发、电镀等)在凹槽结构内沉积一层520nm的二氧化硅(sio2)作为包覆隔离层，将凹槽结构充，并将硅波导层覆盖，然后对覆盖硅波导层的二氧化硅包覆隔离层采用cmp抛光(平坦化)至硅波导层，重复pecvd沉积二氧化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为50nm的包覆隔离层，最终改善作为包覆隔离层的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终效果为覆盖于硅波导层上方的包覆隔离层厚度为50nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方二氧化硅厚度为50nm±2.5nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型条状硅波导的包覆隔离层sio2面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层cr作为测量反射层，其中cr的厚度为50nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层面沉积一层500nm的氮化硅(si3n4)作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至200nm，改善氮化硅粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层cr上方氮化硅隔离层的厚度为200nm±10nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，采用离子注入的方法，将氦离子(he⁺)注入铌酸锂晶片中，氦离子的注入能量为200kev，剂量为4e¹⁶ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的铌酸锂晶圆。

6)对步骤4)中氮化硅面和步骤5)中薄膜层面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的薄膜层与隔离层(氮化硅)进行键合，形成键合体。

7)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa，并且能够恢复离子注入对薄膜层的损伤，使得所获得的铌酸锂薄膜层接近铌酸锂晶圆的性质。

8)之后对铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至400nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例5是采用离子注入+键合分离方法，其中，包覆隔离层为sio2，隔离层为si3n4，测量反射层为cr，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层是离子注入后，再与隔离层键合分离制得。

实施例6(直接键合+研磨抛光的方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层si清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度220nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型硅波导面清洗，并采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在脊型硅波导面沉积一层520nm的二氧化硅(sio2)作为包覆隔离层，将凹槽结构填充，并将硅波导层覆盖，然后对覆盖硅波导层的二氧化硅包覆隔离层采用cmp抛光至硅波导层，重复pecvd沉积二氧化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为50nm的包覆隔离层，最终改善作为包覆隔离层的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终效果为覆盖于硅波导层上方的包覆隔离层厚度为50nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方二氧化硅厚度为50nm±2.5nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型硅波导的包覆隔离层sio2面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层cr作为测量反射层，其中cr的厚度为50nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层面沉积一层500nm的氮化硅(si3n4)作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至200nm，改善氮化硅粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层cr上方氮化硅隔离层的厚度为200nm±10nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，对工艺面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的工艺面与soi衬底的氮化硅层(隔离层)进行键合，形成键合体。

6)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa。

7)之后对铌酸锂单晶薄膜采用机械研磨的方式减薄至22μm，然后抛光至20μm，得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例6是采用直接键合+研磨抛光的方法，其中，包覆隔离层为sio2，隔离层为si3n4，测量反射层为cr，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层直接与隔离层键合，然后研磨抛光。

实施例7(离子注入+键合分离方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层si清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度220nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型硅波导面清洗，并采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在脊型硅波导面沉积一层520nm的氮化硅(si3n4)作为包覆隔离层，将凹槽结构填充，并将其覆盖，然后对覆盖硅波导层的氮化硅包覆隔离层采用cmp抛光至硅波导层，重复pecvd沉积氮化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为50nm的包覆隔离层，最终改善包覆隔离层粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终效果为覆盖于硅波导层上方的氮化硅厚度为50nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方氮化硅包覆隔离层的厚度为50nm±2.5nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型条状硅波导的包覆隔离层si3n4面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层mo作为测量反射层，其中mo的厚度为50nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层面沉积一层500nm的氮化硅作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至200nm，改善si3n4粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层mo上方氮化硅隔离层的厚度为200nm±10nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，采用离子注入的方法，将氦离子(he⁺)注入铌酸锂晶片中，氦离子的注入能量为200kev，剂量为4e¹⁶ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的铌酸锂晶圆。

6)对步骤4)中氮化硅面和步骤5)中薄膜层面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的薄膜层与隔离层(氮化硅)进行键合，形成键合体。

7)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa，并且能够恢复离子注入对薄膜层的损伤，使得所获得的铌酸锂薄膜层接近铌酸锂晶圆的性质。

8)之后对铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至400nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例7是采用离子注入+键合分离的方法，其中，包覆隔离层为si3n4，隔离层为si3n4，测量反射层为mo，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层是离子注入后与隔离层键合。

实施例8(直接键合+研磨抛光的方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的soi晶圆，soi晶圆结构自上而下为220nmsi/2μmsio2/si，对所述soi晶圆的顶层si清洗，然后对soi晶圆的顶层硅使用干法刻蚀法刻蚀出脊型条状硅波导，顶层硅完全被刻透，脊型条状硅波导的尺寸为宽度1μm*厚度220nm，刻蚀后在硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层的厚度。

2)将刻蚀后的脊型硅波导面清洗，并采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在脊型硅波导面沉积一层1000nm的氮化硅(si3n4)作为包覆隔离层，将凹槽结构填充，并将其覆盖，然后对覆盖硅波导的氮化硅包覆隔离层采用cmp抛光至硅波导层，重复pecvd沉积氮化硅，然后再抛光至硅波导层的工艺共3次，最后一次抛光在硅波导层上方保留厚度为200nm的包覆隔离层，最终改善包覆隔离层粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，本步骤最终效果为覆盖于硅波导层上方的氮化硅厚度为200nm，以5％不均匀性计算，实际覆盖于硅波导层上方氮化硅包覆隔离层的厚度为200nm±10nm。

3)对步骤2)中覆盖脊型硅波导的包覆隔离层si3n4面再进行清洗，然后采用磁控溅射方式沉积一层mo作为测量反射层，其中mo的厚度为100nm。

4)对步骤3)中测量反射层的工艺面再清洗，然后采用pecvd(或者采用溅射、蒸发、电镀等)在测量反射层面沉积一层1000nm的氮化硅(si3n4)作为隔离层。然后抛光隔离层的厚度至500nm，改善si3n4粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。以5％不均匀性计算，实际覆盖于测量反射层mo上方氮化硅隔离层的厚度为500nm±25nm。

5)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，对工艺面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的工艺面与soi衬底的氮化硅层(隔离层)进行键合，形成键合体。

6)然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。此环节可以提升键合力大于10mpa。

7)之后对铌酸锂单晶薄膜采用机械研磨的方式减薄至22μm，然后抛光至20μm，得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例8是采用直接键合+研磨抛光的方法，其中，包覆隔离层为si3n4，隔离层为si3n4，测量反射层为mo，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层直接与隔离层键合，然后研磨抛光。

另外，在上述实施例的基础上，还可以衍生其他的实施例，例如：在各实施例的基础上，将实施例中的功能薄膜层替换为钽酸锂或者ktp或者rtp，其他工艺参数均可以不用改变或者根据需要改变；也就是说，本领域技术人员可以根据上述实施例自行组合替换材料以及工艺参数，本申请不做具体限定。

上述实施例中采用离子注入+直接键合方法制备，可得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜；采用直接键合+研磨抛光的方法制备，可得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜，该单晶薄膜同时具备了硅波导的易加工、铌酸锂晶体优异的电光特性的优点，因此，本申请实施例公开的电光晶体薄膜及制备方法可广泛应用。

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。