離子注入剝離法制備單晶鈮酸鋰薄膜研究.pdf

1、鈮酸鋰(LiNbO3，LN)作為一種人工合成晶片，具備優(yōu)良的壓電、光電以及鐵電特性。在器件向集成化、微型化發(fā)展的趨勢(shì)下，對(duì)高質(zhì)量LN薄膜在Si襯底上的制備有著迫切需求。然而，采用傳統(tǒng)的薄膜制備方法生長LN薄膜，受限于晶格失配、LN化學(xué)計(jì)量比不易控制等因素，導(dǎo)致在Si襯底上制備的LN薄膜質(zhì)量、性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法同LN單晶晶片相比。在此背景下，本論文以晶片鍵合技術(shù)和離子注入剝離技術(shù)為基本手段，研究在Si襯底上制備亞微米厚度單晶LN薄膜的工藝方法，

2、為高質(zhì)量LN薄膜在Si襯底上的異質(zhì)集成提供技術(shù)途徑，為相關(guān)器件提供材料支撐。本文主要工作內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：
　　論文首先研究了通過BCB膠實(shí)現(xiàn)LN晶片在Si襯底上異質(zhì)鍵合的工藝。研究了甩膠轉(zhuǎn)速、預(yù)烘溫度、預(yù)烘時(shí)間等條件對(duì)預(yù)鍵合質(zhì)量的影響，研究了鍵合壓力、固化溫度、固化時(shí)間、升溫曲線對(duì)鍵合質(zhì)量的影響。結(jié)果表明在甩膠轉(zhuǎn)速為3000r/min下，預(yù)烘溫度90℃，預(yù)烘時(shí)間80s會(huì)得到最佳的預(yù)鍵合效果；預(yù)烘溫度過高或者預(yù)烘時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致

3、預(yù)鍵合無法完成，預(yù)烘溫度或者預(yù)烘時(shí)間過短預(yù)鍵合層BCB膠的溢出；鍵合過程中，鍵合壓力大于1MPa時(shí)會(huì)導(dǎo)致LN晶片出現(xiàn)碎裂，低于0.4MPa時(shí)會(huì)出現(xiàn)鍵合層不完整；固化時(shí)間和固化溫度成反比；固化溫度超過300℃或升溫速率高于2.5℃/min的情況下LN晶片出現(xiàn)裂紋。最終得到最優(yōu)的BCB鍵合條件為鍵合壓力為0.8MPa、固化溫度為250℃、升溫速率為2℃/min。
　　本文采用離子注入剝離法成功實(shí)現(xiàn)了亞微米厚度單晶LN薄膜在Si襯底上的

4、制備。針對(duì)He+離子注入的LN晶片，研究了注入劑量、鍵合壓力、退火溫度、退火時(shí)間、退火升降溫曲線對(duì)轉(zhuǎn)移薄膜質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果表明He+注入劑量為2×1016ions/cm2的LN晶片在退火溫度為225℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)表面起泡現(xiàn)象。注入劑量與退火溫度成反比關(guān)系；LN薄膜剝離實(shí)驗(yàn)中，鍵合壓力在0.7MPa到0.9MPa，退火溫度在250℃到275℃之間，退火時(shí)間在200min以上，升降溫速率低于2℃/min時(shí)能夠獲得結(jié)構(gòu)完整的LN薄膜。最終得到