一种压电异质衬底结构、制备方法及声波器件与流程

本申请涉及薄膜材料，特别涉及一种压电异质衬底结构、制备方法及声波器件。

背景技术：

1、铌酸锂或钽酸锂薄膜与异质衬底结合所形成的压电复合衬底应用在声波器件上，可使声波器件中的声波能量更集中于压电复合衬底中，进而可提高声波器件的性能，然而在声波器件的使用过程中，通常用叉指电极释放电信号来激发声表面波，同时也会激发材料厚度方向的体声波，体声波可沿着铌酸锂或钽酸锂薄膜与异质衬底的界面反射回铌酸锂或钽酸锂薄膜的表面，进而产生对声表面波的干扰，从而严重影响声波器件的分辨率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种压电异质衬底结构、制备方法及声波器件的技术方案，其中，本申请通过在介质层与压电薄膜层之间设置包括预设元素的界面层，通过改变界面层内的晶格结构，以实现对叉指电极所激发的体声波进行散射处理，以减少对体声波的反射，进而可避免由于体声波的反射而对声表面波进行干扰的情况发生，从而可提高声波器件的性能。

2、一方面，本申请实施例提供了一种压电异质衬底结构，该压电异质衬底结构包括功能衬底层和设置在所述功能衬底层上的压电复合层；

3、所述压电复合层包括沿远离所述功能衬底层的方向上依次设置的介质层、界面层和压电薄膜层，所述界面层存在预设元素分布，所述预设元素的浓度大于预设阈值，所述界面层用于对叉指电极所激发的体声波进行散射处理。

4、进一步地，所述界面层中所述预设元素的浓度沿远离所述介质层的方向上呈线性递减；或；

5、所述界面层中所述预设元素在靠近所述介质层处的浓度和在靠近所述压电薄膜层处的的浓度均小于所述预设元素在所述界面层中部的浓度。

6、进一步地，所述界面层中预设元素的浓度范围为0.01％-9.99％，所述界面层的材料与所述压电薄膜层的材料相同。

7、进一步地，所述界面层靠近所述介质层的一侧为高低起伏的界面，呈高低起伏的界面层的起伏度为0纳米-40纳米。

8、进一步地，所述压电复合层还包括电荷捕获层，所述电荷捕获层设置在所述介质层远离所述界面层的一侧上。

9、进一步地，所述电荷捕获层靠近所述介质层的一侧为高低起伏的界面或光滑界面。

10、进一步地，所述电荷捕获层的材料为多晶硅、非晶硅或多孔硅。

11、进一步地，所述预设元素为氢元素、氦元素和氩元素中的一种或几种，所述界面层(22)的材料为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝或石英材料中的至少一种，所述功能衬底层(1)的材料为硅、氧化硅、绝缘体上硅、蓝宝石、碳化硅，绝缘体上的碳化硅、石英、氮化铝、氮化镓、金刚石中的至少一种。

12、另一方面，本申请实施例提供了一种压电异质衬底结构的制备方法，所述制备方法用于制备如上所述的压电异质衬底结构，所述制备方法包括：

13、提供压电前驱体和功能衬底，所述压电前驱体包括界面层、介质层和压电薄膜层，所述界面层存在预设元素分布，所述预设元素的浓度大于预设阈值；

14、键合所述压电前驱体和所述功能衬底，得到包括所述压电前驱体层、所述压电薄膜层、所述界面层、所述介质层和所述功能衬底层的键合结构，所述介质层远离所述界面层的表面为键合面；

15、对所述键合结构进行二次退火处理，并对所述键合结构的表面进行平坦化，得到所述压电异质衬底结构。

16、进一步地，所述压电前驱体包括采用下述方式制备：

17、提供压电晶圆或压电预设结构，所述压电预设结构为所述压电晶圆和氧化硅材料衬底的键合体；

18、对所述压电晶圆或所述压电预设结构的一侧进行第一次离子注入或离子束辐照，以在所述压电晶圆或所述压电预设结构上形成预设厚度的界面层；

19、对所述压电晶圆或所述压电预设结构的一侧进行第二次离子注入或研磨，得到具有所述压电薄膜层和所述界面层的所述压电前驱体；

20、其中，所述第一次离子注入的注入能量不大于所述第二次离子注入的注入能量，所述第一次离子注入的注入剂量不大于所述第二次离子注入的注入剂量，所述第一次离子注入所注入的离子与所述第二次离子注入所注入的离子均全部停留在所述压电晶圆内部。

21、进一步地，在所述对所述压电晶圆或所述压电预设结构的一侧进行第一次离子注入或离子束辐照，以在所述压电晶圆或所述压电预设结构上形成预设厚度的界面层之后，还包括：

22、在所述界面层远离所述压电晶圆或所述压电预设结构的一侧上进行薄膜沉积，以在所述界面层上形成介质层。

23、进一步地，在所述对所述压电晶圆或所述压电预设结构的一侧进行第一次离子注入或离子束辐照，以在所述压电晶圆或所述压电预设结构上形成预设厚度的界面层之前，还包括：

24、在所述压电晶圆或所述压电预设结构的一侧上进行薄膜沉积，以在所述压电晶圆上形成介质层。

25、进一步地，在对所述键合结构进行一次退火处理之后，还包括：

26、对所述键合结构进行平坦化处理，得到所述压电异质衬底结构。

27、另一方面，本申请实施例提供了一种声波器件，包括如上所述的压电异质衬底结构和叉指电极，所述叉指电极设置在所述压电异质衬底结构的表面。

28、实施本申请，具有如下有益效果：

29、本申请通过在介质层与压电薄膜层之间设置包括预设元素的界面层，通过改变界面层内的晶格结构，以实现对叉指电极所激发的体声波进行散射处理，以减少对体声波的反射，进而可避免由于体声波的反射而对声表面波进行干扰的情况发生，从而可提高声波器件的性能。

技术特征：

1.一种压电异质衬底结构，其特征在于，包括功能衬底层(1)和设置在所述功能衬底层(1)上的压电复合层(2)；

2.根据权利要求1所述的压电异质衬底结构，其特征在于，所述界面层(22)中所述预设元素的浓度沿远离所述介质层(21)的方向上呈线性递减；或；

3.根据权利要求1所述的压电异质衬底结构，其特征在于，所述界面层(22)中所述预设元素的浓度范围为0.01％-9.99％，所述界面层(22)的材料与所述压电薄膜层(23)的材料相同。

4.根据权利要求1-3任一所述的压电异质衬底结构，其特征在于，所述界面层(22)靠近所述介质层(21)的一侧为高低起伏的界面，呈高低起伏的界面层(22)的起伏度为0纳米-40纳米。

5.根据权利要求1所述的压电异质衬底结构，其特征在于，所述压电复合层(2)还包括电荷捕获层(24)，所述电荷捕获层(24)设置在所述介质层(21)远离所述界面层(22)的一侧上。

6.根据权利要求5所述的压电异质衬底结构，其特征在于，所述电荷捕获层(24)靠近所述介质层(21)的一侧为高低起伏的界面或光滑界面。

7.根据权利要求4所述的压电异质衬底结构，其特征在于，所述电荷捕获层(24)的材料为多晶硅、非晶硅或多孔硅。

8.根据权利要求1所述的压电异质衬底结构，其特征在于，所述预设元素为氢元素、氦元素和氩元素中的一种或几种，所述界面层(22)的材料为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝或石英材料中的至少一种，所述功能衬底层(1)的材料为硅、氧化硅、绝缘体上硅、蓝宝石、碳化硅，绝缘体上的碳化硅、石英、氮化铝、氮化镓、金刚石中的至少一种。

9.一种压电异质衬底结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1-8中任一所述的压电异质衬底结构，所述制备方法包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述压电前驱体包括采用下述方式制备：

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在所述对所述压电晶圆(3)或所述压电预设结构的一侧进行第一次离子注入或离子束辐照，以在所述压电晶圆(3)或所述压电预设结构上形成预设厚度的界面层(22)之后，还包括：

12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在所述对所述压电晶圆(3)或所述压电预设结构的一侧进行第一次离子注入或离子束辐照，以在所述压电晶圆(3)或所述压电预设结构上形成预设厚度的界面层(22)之前，还包括：

13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在对所述键合结构进行一次退火处理之后，还包括：

14.一种声波器件，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一所述的压电异质衬底结构和叉指电极，所述叉指电极设置在所述压电异质衬底结构的表面。

技术总结
本申请涉及一种压电异质衬底结构、制备方法及声波器件，该压电异质衬底结构包括功能衬底层和设置在功能衬底层上的压电复合层；压电复合层包括沿远离功能衬底层的方向上依次设置的介质层、界面层和压电薄膜层，界面层存在预设元素分布，其中，预设元素的浓度大于预设阈值，界面层用于对叉指电极所激发的体声波进行散射处理，利用本申请提供的技术方案可以减少对体声波的反射，进而可避免由于体声波的反射而对声表面波进行干扰的情况发生，从而可提高声波器件的性能。

技术研发人员：欧欣,柯新建,黄凯
受保护的技术使用者：上海新硅聚合半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24