具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致方法的例子。

下面通过具体的实施例对本申请提供的压电复合基板及其制备方法进行详细阐述。

图1示出本申请提供复合单晶压电基板的剖面结构示意图，如图1所示，所述复合单晶压电基板依次包括硅衬底层1、二氧化硅层2和单晶压电层3。

在本实例中，制备所述单晶压电层3的材料包括铌酸锂或者钽酸锂等压电材料，所述单晶压电层3可以为现有技术中任意一种用于复合单晶压电基板中的单晶压电层3。

在本实例中，所述单晶压电层3可通过膜转移的方式制备于所述复合单晶压电基体上。

在本实例中，制备所述二氧化硅层的方法为热氧化方法，使得二氧化硅层致密、均匀，并且，相比于热沉积等方式，热氧化方法所需的原料仅为氧气和水，较为环保。

在本实例中，所述二氧化硅层2的厚度均匀性小于2％，以满足复合单晶压电基板性能需求。

如前所述，由于工艺的限制，在硅衬底上制备二氧化硅时，二氧化硅/硅界面处会有很多不饱和氧化的硅以及结构缺陷，这些缺陷会发射载流子到硅衬底中，增强硅的导电性；另外，这些缺陷还会导致界面附近带有电荷，这些电荷会吸引载流子在界面附近的硅中集中，增强导电性。由于所述复合基板在使用状态下本就处于电磁场环境中，因此，在硅衬底层1与二氧化硅层2界面处集中的载流子会与电磁场发生相互作用，从而产生对信号的损耗；另一方面，额外的损耗还会使整个器件发热；以上两个方面均会导致使用传统复合基板的电子器件损耗大，寿命短。

在本实例中，所述二氧化硅层的厚度可以为100nm～2μm，本申请人发现，二氧化硅层为上述厚度既可以满足其作为低声阻层的作用，同时也能够保证所制复合单晶压电基板的总体积较小，便于后续使用。

本实例设置的具有捕获载流子能力的损伤层4，能够捕获形成于硅衬底层1表面的载流子，从而消除由于硅衬底层1与二氧化硅层2之间界面缺陷而引起的系列问题。

由于硅衬底层1与二氧化硅层2的界面附近常存在载流子，因此，传统方案在硅衬底上制备一层多晶硅用于捕获载流子，制备顺序为硅衬底-多晶硅-二氧化硅层，制备二氧化硅层的工艺包括沉积法和热氧化法，然而，如果采用沉积法制备二氧化硅层，所获得二氧化硅层的表面均匀性差，需要对二氧化硅表面进行抛光处理，不仅增加工艺复杂程度，而且，易造成二氧化硅的均匀性降低；由于氧化速度对硅晶向具有取向性，因此，如果采用热氧化法制备二氧化硅层，则会由于多晶硅具有大小不一的晶粒，而使得最终SiO₂/多晶硅氧化界面粗糙度过大，甚至达到几十纳米的级别影响二氧化硅层的性能。因此，采用现有技术的工艺方法二氧化硅层的性能难以保证。

结合图1所示，在本实例中，所述损伤层4的制备顺序为硅衬底层-二氧化硅层-损伤层，其中，所述损伤层4由硅衬底层1与二氧化硅层2相接的表面被损伤而形成，即，所述损伤层4由所述硅衬底层1与二氧化硅层2相接的表面延伸至所述硅衬底层1的内部，使得所述损伤层4位于硅衬底层1与二氧化硅层2的界面。

本实例通过调整硅衬底层1、损伤层4以及二氧化硅层2的制备顺序，一方面使得所述二氧化硅层2的性能得到显著提升，另一方面使得二氧化硅层2与损伤层4的界面粗糙度保持较低水平，从而保证二氧化硅层2的性能，进一步地，还能够保证所述损伤层4保持较高的缺陷密度，具有较强的载流子捕获能力。

在本实例中，所述损伤层4的表面及其内部结构从宏观上看可以具有缺陷，也可以无明显缺陷，但是，从微观角度，所述损伤层4中的晶格结构被破坏，形成可用于捕获载流子的空穴。

本申请人发现，一般二氧化硅层2中的电荷密度即，载流子密度在10¹⁰～10¹³atoms/cm²，如果达到对载流子的良好捕获效果，所述损伤层4的缺陷密度需要远大于二氧化硅层中的电荷密度，例如，可以为10¹¹至10¹⁴atoms/cm²，既能够满足捕获载流子的需求，又最大程度地降低工艺难度和复杂程度。可以理解的是，所述损伤层4也可以被损伤至非晶硅，甚至是多孔形态。

可选地，所述损伤层4的厚度为300nm～3μm，使得损伤层的厚度能够保证损伤层能够提供充足捕获载流子作用的情况下厚度最小。

在一种可实现的方式中，所述损伤层4由其与二氧化硅层2界面至其内部，缺陷密度逐渐减小，即，在损伤层4与二氧化硅层2界面处的缺陷密度最大，由于载流子主要集中于二氧化硅层2与硅衬底层1界面处，并且在所述界面内移动，因此，在所述二氧化硅层2与硅衬底层1界面上缺陷密度最大能够使载流子最大程度地被损伤层4所捕获。

进一步地，所述损伤层4内缺陷密度的降低速率可根据具体需要而具体设定。例如，如果硅衬底层1较厚，则可以设置较厚的损伤层4，如果硅衬底层1较薄，则可以设置较薄的损伤层4等。

在本实例中，所述损伤层4的形成方式可以包括离子注入或者激光损蚀，还可以包括其它能够穿过二氧化硅层2而直接在硅衬底层1表面上对硅衬底层1表面进行损伤形成损伤层 4的方法。

在一种实例中，采用离子注入的方式形成损伤层4，损伤层4即为离子注入层，本申请人发现，通过离子注入的方式所注入的离子能够打破硅衬底层1中的晶格，使得离子注入层产生很多晶格缺陷，可以利用离子注入层的晶格缺陷使硅衬底层1表面的载流子被捕获，进而避免硅衬底层1导电，并且，所述离子注入的方式可通过精确控制离子注入的能量和剂量来精确控制损伤层4的位置、损伤层的缺陷密度、损伤层的厚度等指标。

本申请人发现，由于二氧化硅层其本身为非晶，因此，在离子注入过程中即使前述浓度的注入离子(如氢离子、氦离子等)穿过所述二氧化硅层2，对二氧化硅层2的性能也几乎无影响，不存在损伤的问题，另外，以注入离子为氢离子为例，所注入的氢可能与二氧化硅中的硅原子形成Si-H键，该键为稳定不可移动的化学键，不会引起次生电流，而且，离子注入完成后低温退火工艺也可以使H从二氧化硅中扩散出来，从而削弱离子注入对二氧化硅层 2性能的影响。

具体地，在本实例中，离子注入浓度，即，离子注入的剂量可以为10¹⁰～10¹⁵ions/cm²，从而形成充足的缺陷。

在本实例中，由于损伤层的厚度为由多个深度(位置)不同的离子注入子层叠加所形成，而离子注入子层的深度由离子注入的能量决定，因此，所述离子注入的能量范围可以根据二氧化硅层以及损伤层的总厚度来设定。本申请人发现，上述离子注入量为相对较低的离子注入浓度，而二氧化硅的厚度一般为几百纳米到一两个微米，穿透该厚度的二氧化硅层到达硅层所需要的离子能量在几十到几百k ev即可，对于本领域常用的设备较为容易实现。例如，对于厚度为100nm的二氧化硅层，厚度为300nm的损伤层，则，离子注入的深度为100nm～400nm，所需要离子能量为6～40keV，而对于厚度为2μm的二氧化硅层，厚度为3 μm微米的损伤层，则离子注入的深度为2μm～5μm，所需要离子能量为200～450keV。

进一步地，在本实例中，由于硅衬底层与二氧化硅层界面间的载流子主要在所述界面附近移动，即，所述载流子所引起的电流主要导致在所述界面附近横向导电，因此，本实例中，所述离子注入层与二氧化硅层相贴合，并且，所述二氧化硅层与硅衬底层界面上的离子注入剂量最大，使得所述损伤层4对载流子的捕获能力最强。

在另一种可实现的方式中，采用激光损蚀的方式形成损伤层4，本申请人发现，由于二氧化硅和硅对不同波长的激光的透光性和损伤阈值不同，因此，采用特定波长和特定能量密度的激光可以透过二氧化硅层2照射在硅衬底层1上，硅衬底层1吸收激光能量被加热后原子间的化学键被熔断，从而产生晶格缺陷，形成激光损蚀层，可以利用激光损蚀层的晶格缺陷使硅衬底层1表面的载流子被捕获，进而避免硅衬底层1导电，并且，所述激光损蚀的方式可通过精确控制激光的波长、能量密度、照射时间以及入射焦深等参数来精确控制损伤层 4的位置、损伤层的缺陷密度、损伤层的厚度等参数。

本申请人发现，利用离子注入层或者激光损蚀层的结构特征将离子注入层或者激光损蚀层作为损伤层4，能够使所述损伤层4基于硅衬底层1与二氧化硅层2形成的键合体而一体制备，使得所述硅衬底层1与所述损伤层4相结合的表面在宏观上无明显缺陷，但是具有载流子捕获能力，并且，制备损伤层4的工艺复杂度低，避免在制备二氧化硅层2过程中对晶格缺陷的修复消除，此外，还能够提高所制备复合单晶压电基板的整体稳定性。

图2示出本实例一种制备所述复合单晶压电基板的流程示意图，如图2所示，本实例所述复合单晶压电基板可以根据包括以下步骤1至步骤4的方法制备：

以下以单晶压电层为钽酸锂薄膜为例说明本申请所提供复合单晶压电基板的制备过程。

本实例制备所述复合单晶压电基板的总体思路是先以硅衬底为基础，在所述硅衬底表面制备二氧化硅层，再穿过所述二氧化硅层向硅衬底进行损伤形成损伤层，控制损伤的深度恰好为硅衬底与二氧化硅的界面，即，所形成损伤层的端面恰好位于硅衬底与二氧化硅层的界面，所述损伤层的另一面位于硅衬底内部，再向二氧化硅层的上表面转移钽酸锂薄膜。而现有技术的方案一般为先在单晶硅上沉积多晶硅作为载流子捕获层，再在多晶硅上依次沉积二氧化硅作为二氧化硅层以及钽酸锂薄膜作为单晶压电层，然而，由于多晶硅中晶粒大小不同，并且，沉积所制备膜层的表面均匀性难以控制，难以满足下游用户的需求，如果在多晶硅基础上使用热氧化工艺制备二氧化硅，则在热氧化的过程中会使多晶硅内部形成规律的晶格结构，甚至形成单晶硅，导致多晶硅吸引电荷，捕获载流子的能力降低。

步骤1，在硅衬底层1的上表面进行热氧化处理，生成二氧化硅层2。

在本实例中，所述二氧化硅层可以在单晶硅层的上表面通过热氧化方式制备。本申请人发现，与通过沉积方式，例如，等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)，或者，低压力化学气相沉积法(LPCVD)制备的二氧化硅层相比，通过热氧化方式制备的二氧化硅层在致密性、均匀性以及表面粗糙度等方面的性能都表现出较大的优越性，具体地，通过热氧化方式制备的二氧化硅层能够直接达到可与单晶压电薄膜键合的要求，而且热氧化法的制备成本低、工艺简单。

在本实例中，热氧化方法所采用的参数可以根据二氧化硅层的规格尺寸等参数而具体设定。

步骤2，穿过所述二氧化硅层2对硅衬底层1与二氧化硅层相接的表面进行损伤，形成损伤层。

在本实例中，如前所述，所述损伤层可通过离子注入或者激光损蚀的方法形成，进一步地，用于形成损伤层的离子束或者激光可以穿透所述二氧化硅层到达目标位置，由于离子束或者激光经过会破坏单晶硅的晶格结构，因此可以形成含有高缺陷密度的损伤层。而二氧化硅层本身即为非晶状态，不涉及晶格被破坏的问题，进一步地，二氧化硅层的厚度一般远小于硅衬底层的厚度，使得离子穿透二氧化硅层到达单晶硅衬底层成为可能，进一步地，还能够在较低离子注入能量或者激光发射强度的条件下即可完成损伤层4的制备，降低工艺难度。

在本实例中，所注入离子或者激光作用于所述硅衬底层1与二氧化硅层2的界面，并在所述硅衬底层1内部形成损伤层4。

在一种实施方式中，如图2所示，采用离子注入法形成损伤层，离子注入的浓度至少为 10¹¹atoms/cm²，例如，离子注入的浓度为10¹¹至10¹⁵atoms/cm²，本申请人发现，经过上述离子注入方式所形成的损伤层既能够满足捕获载流子的需求，又最大程度地降低工艺难度和复杂程度。

进一步地，所形成离子注入层的厚度为300nm～3μm，在保证损伤层能够提供充足捕获载流子作用的情况下厚度最小。

在另一种实施方式中，采用激光损蚀法形成损伤层(图2未示出)，所用激光的波长为 200nm～1064nm；激光的能量密度为1J/cm²～100J/cm²，使得激光可以透过二氧化硅层到达单晶硅表面对硅进行损伤。

步骤3，制备单晶压电层单晶压电层3，使单晶压电层、二氧化硅层、损伤层和硅衬底层叠加形成复合单晶压电基板。

在本实例中，所述单晶压电层可预制于另一衬底上，再通过膜转移的方法转移至所述二氧化硅层上，从而获得结构稳定的复合单晶压电基板，避免对单晶压电层进行恢复晶格处理的过程使损伤层中的晶格缺陷被修复或者使所述二氧化硅层沿所述损伤层从硅衬底层上剥离下来，从而提高成品率。

在本实例中，对制备所述单晶压电层3方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种在衬底上制备单晶压电薄膜的方法来制备所述单晶压电层3。例如，所述单晶压电层3可通过离子注入的方式制备。

在本实例中，所述单晶压电层可以为氧化硅衬底上钽酸锂薄膜、氧化硅衬底上的铌酸锂单晶薄膜，也可以为其它的结构，例如，硅衬底上钽酸锂薄膜、硅衬底上铌酸锂单晶薄膜等。

以下以硅衬底-钽酸锂薄膜为例说明单晶压电层的制备方法，具体地，所述单晶压电层可以通过包括以下步骤S31至步骤S33的方法制备：

S31，对钽酸锂晶圆003进行离子注入，形成薄膜层031、注入层032和余料层033；

S32，将硅衬底51与所述钽酸锂晶圆的薄膜层031键合；

S33，沿所述注入层032将所述余料层033从所述薄膜层031上剥离，其中，所述薄膜层 031即为后续所要转移的单晶压电层3。

在本实例中，对制备单晶压电层的各参数不做特别限定，可以根据具体需要而具体设定。

进一步地，将所述余料层剥离后，对所述单晶压电层进行恢复晶格处理，使得所述单晶压电层在离子注入过程中可能造成的晶格损伤恢复至单晶状态。本实例对恢复晶格处理的方法不做特别限定，例如，可以采用退火方法恢复单晶压电层的晶格。

本实例对上述离子注入法制备单晶压电层的工艺参数不做特别限定，本领域技术人员可根据具体需要而具体选择特定参数。

本实例在制备单晶压电层过程中完成对单晶压电层晶格的恢复，使得单晶压电层仅需要与二氧化硅层进行键合，在键合后无需再次高温处理，从而保证损伤层结构稳定。

步骤4，将所述单晶压电层3转移至所述二氧化硅层2上表面。

本实例中，将单晶压电层3与步骤2制得半成品中二氧化硅层2分别进行表面活化后进行键合，将所述单晶压电层3转移至所述二氧化硅层2上，再将单晶压电层3中的衬底除去，最终制得复合单晶压电基板。

具体地，将所述单晶压电层3转移至所述二氧化硅层2上表面可以包括：

分别对二氧化硅层2的上表面以及单晶压电层3中单晶压电薄膜的表面进行表面活化；

将表面活化后的二氧化硅层2与单晶压电层3进行键合；

去除单晶压电层3上的衬底。

本实例所采用的键合方式可以为现有技术中无需使用高温处理的键合方式，并在键合后去除承载单晶压电层的衬底材料，从而保证复合单晶压电基板的性能以及结构稳定性。

本实例对去除单晶压电层中衬底的方法不做特别限定，可以采用现有技术去除衬底的方法，例如，可以通过化学溶液腐蚀、反应离子刻蚀、研磨等工艺或上述工艺组合的方式去除所述衬底。

本实例提供的复合单晶压电基板中的二氧化硅层通过热氧化方式在硅衬底层上制备，所述损伤层穿透所述二氧化硅层在单晶硅层表层制备，所述复合单晶压电基板中的二氧化硅层的厚度均匀性好，损伤层中用于捕获载流子的缺陷密度大，所述复合单晶压电基板的结构稳定，能够有效捕获由于硅衬底层与二氧化硅层界面上不可避免的缺陷而生成的载流子，从而提高基于所述复合单晶压电基板制得器件的性能。

进一步地，本申请提供的复合单晶压电基板具有致密、均匀的二氧化硅层，还能够提供充足的载流子捕获能力，从而削弱复合单晶压电基板中的导电薄层，减小由于导电薄层造成的信号损失；本申请提供的制备所述复合单晶压电基板的方法首先在硅衬底层上通过热氧化方法制备二氧化硅层，再在硅衬底层与二氧化硅层界面进行离子注入形成损伤层，使得二氧化硅层致密均匀，并且将高温工艺设置于离子注入之前，从而保证损伤层结构和性能稳定，最后再利用常温键合方式在二氧化硅层上键合单晶压电层，进一步保证损伤层结构和性能的稳定，最终获得性能优良的复合单晶压电薄膜。

本实例通过热氧化方式在硅衬底层上表面制备二氧化硅层，在较低温度下即可制得致密、均匀的二氧化硅层，该二氧化硅层具有良好的性能，并与硅衬底层稳定结合，再穿过二氧化硅层向单晶硅衬底层的表层进行离子注入从而在硅衬底表层制备损伤层，最后再通过键合的方式将预先制备的单晶压电层转移至二氧化硅层上表面，从而避免在制备单晶压电层过程中所利用的高温可能会沿离子注入层对复合单晶压电基板造成的破坏。

本实例充分利用损伤层与二氧化硅层的结构特点以及制备工艺特点，巧妙设置工艺步骤的顺序，将高温工艺步骤设置于损伤层形成之前，并透过所述二氧化硅层“远程隔空”制备损伤层，兼顾损伤层热稳定性差和制备二氧化硅层需要高温工艺的需求，避免损伤层处于高温环境，从而通过较为简单的工艺步骤即可制得结构稳定、性能优越的复合单晶压电基板，保证损伤层结构稳定，能够有效解决传统方案中在硅衬底上依次制备非晶硅或多晶硅层、二氧化硅层过程中对非晶硅或多晶硅层缺陷的恢复，克服高温工艺步骤对损伤层造成破坏等问题，从而保证损伤层的载流子捕获能力。

实施例

实施例1

步骤1，取4寸单晶硅，在其上表面进行热氧化处理，热氧化处理的参数为1000℃干氧氧化，生成300nm二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度均匀性为1.5％；

步骤2，穿过二氧化硅层对单晶硅层的表面进行离子注入，所注入的离子为H⁺，离子注入浓度为10¹¹atoms/cm²，所形成损伤层(4)的厚度为300nm；

步骤3，取4寸钽酸锂晶圆，向所述钽酸锂晶圆中进行离子注入，使所述钽酸锂晶圆形成薄膜层、注入层和余料层，其中，薄膜层的厚度为600nm；将离子注入后的钽酸锂晶圆键合于硅衬底上，所述薄膜层与所述硅衬底键合；对键合体进行热处理，使得钽酸锂余料层沿所述注入层剥离，在所述硅衬底上形成钽酸锂薄膜，再对所述钽酸锂薄膜进行退火处理，恢复其晶格形态；

步骤4，将所述钽酸锂薄膜转移至所述二氧化硅上表面，去除钽酸锂薄膜上的硅衬底，即得复合单晶压电基板。

本实施例步骤4获得的复合单晶压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性优于2％，损伤层的缺陷密度为10¹¹atoms/cm²，在使用状态下，硅衬底层的电阻率大于5000Ω·cm。

实施例2

步骤1，取6寸单晶硅，在其上表面进行热氧化处理，热氧化处理的参数为1200℃湿氧氧化，生成700nm二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度均匀性为1％；

步骤2，穿过二氧化硅层对单晶硅层的表面进行激光损蚀，所用激光的强度为20J/cm²，所形成损伤层(4)的厚度为500nm；

步骤3，取6寸钽酸锂晶圆，向所述钽酸锂晶圆中进行离子注入，使所述钽酸锂晶圆形成薄膜层、注入层和余料层，其中，薄膜层的厚度为900nm；将离子注入后的钽酸锂晶圆键合于硅衬底上，所述薄膜层与所述硅衬底键合；对键合体进行热处理，使得钽酸锂余料层沿所述注入层剥离，在所述硅衬底上形成钽酸锂薄膜，再对所述钽酸锂薄膜进行退火处理，恢复其晶格形态；

步骤4，将所述钽酸锂薄膜转移至所述二氧化硅上表面，去除钽酸锂薄膜上的硅衬底，即得复合单晶压电基板。

本实施例步骤4获得的复合单晶压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性优于2％，损伤层的缺陷密度为10¹⁴atoms/cm²，在使用状态下，硅衬底层的电阻率大于10000Ω·cm。

对比例

对比例1

步骤1，取4寸单晶硅衬底，利用LPCVD方案沉积1um多晶硅；

步骤2，在多晶硅上利用PECVD沉积厚度为600nm的二氧化硅层，二氧化硅层的厚度均匀性为3％；

步骤3，为达到可以用于键合的光滑表面对二氧化硅进行化学机械抛光，抛光二氧化硅至300nm，抛光之后二氧化硅的均匀性为6％；

步骤4：利用离子注入加键合的方式，在步骤3得到的二氧化硅层上制作钽酸锂单晶薄膜，薄膜层的厚度为900nm。

本对比例所获得的复合压电基板，其二氧化硅层的厚度均匀性小于6％，在使用状态下，因为二氧化硅层的厚度均匀性比较差而使得最终的器件频率温度系数和中心频率均一性变差。

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。