CN112904598B - 一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件 - Google Patents

Abstract

本申请公开的一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件，包括依次层叠的第一功能薄膜层、第一隔离层、第二隔离层、第二功能薄膜层和衬底层；第二功能薄膜层中与第二隔离层接触的表面的粗糙度大于第二隔离层中与第一隔离层接触的表面的粗糙度，第二隔离层中与第一隔离层接触的表面的粗糙度大于第一隔离层中与第一功能薄膜层接触的表面的粗糙度；其中，第一功能薄膜层采用电光晶体材料，第二功能薄膜层采用宽禁带半导体材料。在第二隔离层和衬底层之间增设具有禁带宽度大、抗辐射能力强、击穿电场强度好、耐高温等特点的宽禁带半导体材料，能够增强第一功能薄膜层抵抗恶劣环境的能力，满足电子元器件在恶劣的环境下稳定工作的需求。

Description

一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件

技术领域

本申请涉及半导体制备技术领域，尤其涉一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件。

背景技术

铌酸锂、钽酸锂等电光晶体材料由于其自身具有多种优良的光学性能，如压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等性质，以硅材料为衬底制备的铌酸锂或钽酸锂薄膜已被广泛应用于滤波器、光学调制器、光波导开关、空间光调制器、光学倍频器、表面声波发生器、红外探测器和铁电体存储器等核心电子元器件。

现有技术中以硅材料为衬底制备的铌酸锂或钽酸锂薄膜，即硅基铌酸锂薄膜，通常结构自上往下依次为铌酸锂薄膜层、二氧化硅低折射率隔离层、硅衬底层。虽然现有技术中的硅基铌酸锂薄膜具备的强导向高折射率对比结构为在小体积范围内实现光电集成提供了材料支撑，但是，现有技术中的硅基铌酸锂薄膜抵抗恶劣条件的能力较弱，温度或电磁场发生变化均容易导致硅基铌酸锂薄膜折射率变化，例如铌酸锂折射率变小、二氧化硅折射率变大等，从而导致其应用的电子元器件失效。

因此，现亟需一种能够抵抗恶劣条件的电光晶体薄膜。

发明内容

为解决现有技术中硅基铌酸锂薄膜抵抗恶劣条件的能力较弱的技术问题，本申请提供一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件。

第一方面，本申请提供一种电光晶体薄膜，包括依次层叠的第一功能薄膜层、第一隔离层、第二隔离层、第二功能薄膜层和衬底层；所述第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度大于所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度，所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度大于所述第一隔离层中与所述第一功能薄膜层接触的表面的粗糙度；其中，所述第一功能薄膜层采用电光晶体材料，所述第二功能薄膜层采用宽禁带半导体材料。

进一步地，所述第二隔离层由具有第一颗粒粒度的材料制备而成，所述第一隔离层由具有第二颗粒粒度的材料制备而成，所述第一颗粒粒度大于所述第二颗粒粒度。

进一步地，所述第二功能薄膜层的硬度大于所述第二隔离层的硬度，所述第二功能薄膜层的硬度大于所述第一隔离层的硬度。

进一步地，所述第二功能薄膜层采用金刚石材料。

进一步地，所述第二隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝，所述第一隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。

进一步地，所述第二隔离层和所述第一隔离层的材料相同。

进一步地，所述第二功能薄膜层的厚度为0.4～100μm。

进一步地，所述第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度小于5nm，所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度小于2nm，所述第一隔离层中与所述第一功能薄膜层接触的表面的粗糙度小于0.5nm。

进一步地，还包括补偿功能层，所述补偿功能层层叠于所述衬底层远离第二功能薄膜层的表面。

进一步地，补偿功能层采用二氧化硅、氮化铝、氮化镓、碳化硅、金刚石、钼或钨材料。

第二方面，本申请还提供一种电光晶体薄膜的制备方法，包括：在衬底层顶表面制备第二功能薄膜层，所述第二功能薄膜层采用宽禁带半导体材料；在所述第二功能薄膜层上制备第二隔离层，使所述第二隔离层中远离所述第二功能薄膜层的表面的粗糙度小于所述第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度；在所述第二隔离层上制备第一隔离层，使所述第一隔离层中远离所述第二隔离层的表面的粗糙度小于所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度；利用离子注入法和键合法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述第一隔离层上制备所述第一功能薄膜层，所述第一功能薄膜层采用电光晶体材料。

进一步地，所述第二功能薄膜层的硬度大于所述第二隔离层的硬度，所述第二功能薄膜层的硬度大于所述第一隔离层的硬度。

进一步地，如果所述第二功能薄膜层采用金刚石材料，则在衬底层顶表面制备第二功能薄膜层包括：向反应室中输入用于沉积金刚石的反应气源，所述反应气源为甲烷和氢气；将衬底层置于衬底座上，采用沉积法在衬底层顶表面沉积金刚石，其中，在所述反应室的中部有预设频率的微波波导馈入，形成辉光放电区，在衬底层顶表面上沉积金刚石薄膜；抛光所述金刚石薄膜，使所述金刚石薄膜的表面的粗糙度＜5nm。

进一步地，在所述第二功能薄膜层上制备第二隔离层，以及，所述在所述第二隔离层上制备第一隔离层，包括：在所述第二功能薄膜层上沉积具有第一颗粒粒度的材料，形成第二隔离层；在所述第二隔离层上沉积具有第二颗粒粒度的材料，形成第一隔离层，其中，所述第一颗粒粒度大于所述第二颗粒粒度。

进一步地，所述第二隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝，所述第一隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。

进一步地，所述第二隔离层和所述第一隔离层的材料相同。

进一步地，所述第二功能薄膜层的厚度为0.4～100μm。

进一步地，所述第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度小于5nm，所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度小于2nm，所述第一隔离层中与所述第一功能薄膜层接触的表面的粗糙度小于0.5nm。

进一步地，所述在衬底层顶表面制备第二功能薄膜层之前还包括：在所述衬底层底表面制备补偿功能层，所述底表面是指所述衬底层远离第二功能薄膜层的表面。

进一步地，补偿功能层采用二氧化硅、氮化铝、氮化镓、碳化硅、金刚石、钼或钨材料。

第三方面，本申请还提供一种电子元器件，包括第一方面任一所述的电光晶体薄膜。

本申请提供的一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件，在第二隔离层和衬底层之间增设具有禁带宽度大、抗辐射能力强、击穿电场强度好、耐高温等特点的宽禁带半导体材料，能够增强第一功能薄膜层抵抗恶劣环境的能力，满足电子元器件在恶劣的环境下稳定工作的需求。另外，本申请通过逐渐减小覆盖在第二功能薄膜层上结构的表面粗糙度的方式，间接实现第二功能薄膜层与第一功能薄膜层的键合，这样可以更好的控制第一隔离层厚度的均匀性，提升第一隔离层的抛光效率，并且可以使第一隔离层表面的粗糙度小于0.5nm，以达到与第一功能薄膜层直接键合的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供一种电光晶体薄膜的结构示意图；

图2为本申请实施例提供又一种电光晶体薄膜的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的工艺流程图。

附图标记说明

110-第一功能薄膜层，120-第一隔离层，130-第二隔离层，140-第二功能薄膜层，150-衬底层，160-补偿功能层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为解决现有技术中硅基铌酸锂薄膜抵抗恶劣条件的能力较弱的技术问题，本申请实施例提供一种电光晶体薄膜，如图1所示，包括依次层叠的第一功能薄膜层110、第一隔离层120、第二隔离层130、第二功能薄膜层140和衬底层150；所述第二功能薄膜层140中与所述第二隔离层130接触的表面的粗糙度大于所述第二隔离层130中与所述第一隔离层120接触的表面的粗糙度，所述第二隔离层130中与所述第一隔离层120接触的表面的粗糙度大于所述第一隔离层120中与所述第一功能薄膜层110接触的表面的粗糙度；其中，所述第一功能薄膜层110采用电光晶体材料，所述第二功能薄膜层140采用宽禁带半导体材料。

本申请实施例提供的电光晶体薄膜，在第二隔离层130和衬底层150之间增设有第二功能薄膜层140，并且，第二功能薄膜层140采用具有禁带宽度大、抗辐射能力强、击穿电场强度好、耐高温等特点的宽禁带半导体材料。因此，增设的第二功能薄膜层140能够增强第一功能薄膜层110抵抗恶劣环境的能力，满足电子元器件在恶劣的环境下稳定工作的需求。

本申请实施例中所述的宽禁带半导体材料是指禁带宽度在3.0eV及以上的半导体材料，例如，第二功能薄膜层140可以采用碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝、氮化铝镓、硒化锌或立方氮化硼等材料，本申请对此不进行限定。但是，由于宽禁带半导体材料一般都具有较高的硬度，因此，难以制备加工得到表面粗糙度较低的第二功能薄膜层140，从而表面粗糙度较高的第二功能薄膜层140难以满足与第一功能薄膜层110直接键合的要求。基于此，本申请实施例在第二功能薄膜层140上依次制备有第二隔离层130和第一隔离层120，其中，所述第二功能薄膜层140中与所述第二隔离层130接触的表面的粗糙度大于所述第二隔离层130中与所述第一隔离层120接触的表面的粗糙度，所述第二隔离层130中与所述第一隔离层120接触的表面的粗糙度大于所述第一隔离层120中与所述第一功能薄膜层110接触的表面的粗糙度。由此可知，本申请实施例中，不需要对第二功能薄膜层140本身的表面粗糙度进行过多的处理，而是先在第二功能薄膜层140上覆盖一层第二隔离层130，使覆盖一层第二隔离层130后的表面粗糙度小于第二功能薄膜层140本身的表面粗糙度；然后在第二隔离层130上继续覆盖一层第一隔离层120，使覆盖第一隔离层120后的表面粗糙度进一步小于覆盖一层第二隔离层130后的表面粗糙度，也就是说，本申请通过逐渐减小覆盖在第二功能薄膜层140上结构的表面粗糙度的方式，间接实现第二功能薄膜层140与第一功能薄膜层110的键合，这样可以更好的控制第一隔离层厚度的均匀性，提升第一隔离层的抛光效率，并且可以使第一隔离层表面的粗糙度小于0.5nm，达到与第一功能薄膜层110直接键合的要求。

为了便于对第一隔离层120和第二隔离层130的表面进行处理，第一隔离层120和第二隔离层130可以选用硬度小于第二功能薄膜层140硬度的材料，并且折射率小于第一功能薄膜层110折射率的材料，本申请对此不进行限定，例如第一隔离层120可以是二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料，第二隔离层130可以是二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料，其中，第一隔离层120和第二隔离层130可以采用相同的材料，也可以采用不同的材料，本申请对此不进行限定。

在一具体例子中，第二功能薄膜层140采用金刚石材料，第二功能薄膜层140的厚度为0.4～100μm，第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度小于5nm；第二隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝，第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度小于2nm；第一隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝，第一隔离层中与所述第一功能薄膜层接触的表面的粗糙度小于0.5nm。

在另一具体实施例中，所述第二隔离层130由具有第一颗粒粒度的材料制备而成，所述第一隔离层120由具有第二颗粒粒度的材料制备而成，所述第一颗粒粒度大于所述第二颗粒粒度。由此可知，本实施例先采用颗粒粒度较大的材料在第二功能薄膜层140上制备第二隔离层130，这样可以快速的将第二功能薄膜层140表面的不平坦部分填平，同时得到粗糙度小于第二功能薄膜层140表面的第二隔离层130，进一步的，采用颗粒粒度较小的材料在第二隔离层130制备第一隔离层120，便能够快速的制备得到目标厚度的第一隔离层120，并且可以更好的控制第一隔离层厚度的均匀性。

在又一具体实施例中，如图2所示，本申请实施例提供一种电光晶体薄膜，还包括补偿功能层160，所述补偿功能层160层叠于所述衬底层150远离第二功能薄膜层140的表面。

在衬底层150远离第二功能薄膜层140的表面层叠补偿功能层160可以改善在衬底层150上制备第二功能薄膜层140时产生的翘曲问题。一般的，在衬底层单面上制备第二功能薄膜层140时会存在大于20μm的翘曲，本申请可以通过调整补偿功能层160的厚度，缓解此翘曲＜10μm。

本申请实施例中所述的补偿功能层160可以是单层结构或者是多层结构，本申请对此不进行限定。另外，本申请实施例对补偿功能层160的材料不进行限定，如果补偿功能层160采用二氧化硅、氮化铝、碳化硅、金刚石、氮化镓、钼或钨等抗氧化能力强、导热效果好、耐高温效果好的材料，补偿功能层160还可以进一步起到抵抗恶劣条件、保护衬底层的作用。

还需要说明的是，本申请实施例对第一功能薄膜层采用的电光晶体材料不进行限定，例如第一功能薄膜层可以采用铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、砷化镓、硅、陶瓷、四硼酸锂、砷化镓、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷晶体或石英材料。衬底层可以是单层衬底，也可以是复合衬底，其中，每层衬底层的材料可以相同或不同，本申请对此不进行限定。例如：衬底层材料可以为铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、石英、硅、蓝宝石或SOI等，本申请对此不进行限定。

综上，本申请实施例提供的一种电光晶体薄膜，在第二隔离层130和衬底层150之间增设具有禁带宽度大、抗辐射能力强、击穿电场强度好、耐高温等特点的宽禁带半导体材料，能够增强第一功能薄膜层110抵抗恶劣环境的能力，满足电子元器件在恶劣的环境下稳定工作的需求。另外，本申请通过逐渐减小覆盖在第二功能薄膜层140上结构的表面粗糙度的方式，间接实现第二功能薄膜层140与第一功能薄膜层110的键合，这样可以更好的控制第一隔离层厚度的均匀性，提升第一隔离层的抛光效率，并且可以使第一隔离层表面的粗糙度小于0.5nm，以达到与第一功能薄膜层110直接键合的要求。

本申请实施例还提供一种电光晶体薄膜的制备方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1、在衬底层150顶表面制备第二功能薄膜层140，所述第二功能薄膜层140采用宽禁带半导体材料。

为了增强抵抗恶劣环境的能力，利用具有禁带宽度大、抗辐射能力强、击穿电场强度好、耐高温等特点的宽禁带半导体材料在衬底层150上形成第二功能薄膜层140，第二功能薄膜层140能够增强第一功能薄膜层抵抗恶劣环境的能力，满足电子元器件在恶劣的环境下稳定工作的需求。

本申请对在衬底层150顶表面制备第二功能薄膜层140的方法不进行限定，例如，可以采用等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)、物理气相沉积法(PVD)、磁控溅射、蒸发镀膜、离子束溅射、分子束外延、原子层沉积(ALD)等方法。

在一具体例子中，如果第二功能薄膜层140采用金刚石材料，则可以采用微波等离子体气相沉积法(MWPCVD)在衬底层150顶表面沉积一层金刚石，具体可以包括如下步骤：

向反应室中输入用于沉积金刚石的反应气源，所述反应气源为甲烷和氢气；将衬底层置于衬底座上，采用沉积法，例如微波等离子体气相沉积法(MWPCVD)在衬底层顶表面沉积金刚石，其中，在所述反应室的中部有预设频率的微波波导馈入(其中，微波的预设频率可以为1～5×10⁹Hz，例如：微波的预设频率为2.45×10⁹Hz)，形成辉光放电区，在衬底层顶表面上沉积金刚石薄膜，沉积金刚石薄膜的厚度可以为0.5-100μm，例如沉积金刚石薄膜的厚度为11μm；抛光所述金刚石薄膜，使所述金刚石薄膜的表面的粗糙度＜5nm，抛光后金刚石的厚度可以为0.4-100μm，例如抛光后金刚石的厚度为10μm。

其中，衬底层可以是单层衬底，也可以是复合衬底，其中，每层衬底层的材料可以相同或不同，本申请对此不进行限定。例如：衬底层材料可以为铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、石英、硅、蓝宝石或SOI等，本申请对此不进行限定。第二功能薄膜层140可以采用碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝、氮化铝镓、硒化锌或立方氮化硼等材料，本申请对此不进行限定。

在另一具体实施例中，在衬底层150顶表面制备第二功能薄膜层140之前，还可以在所述衬底层150底表面制备补偿功能层160，所述底表面是指所述衬底层10远离第二功能薄膜层140的表面。其中，制备的补偿功能层160的厚度可以根据第二功能薄膜层140的厚度进行调整，以改善在衬底层150上制备第二功能薄膜层140时产生的翘曲问题。补偿功能层160可以采用二氧化硅、氮化铝、氮化镓、碳化硅、金刚石、钼或钨等抗氧化能力强、导热效果好、耐高温效果好的材料，本申请对此不进行限定。

步骤2、在所述第二功能薄膜层140上制备第二隔离层130，使所述第二隔离层130中远离所述第二功能薄膜层140的表面的粗糙度小于所述第二功能薄膜层140中与所述第二隔离层130接触的表面的粗糙度。

首先需要说明的是，由于宽禁带半导体材料一般都具有较高的硬度，以金刚石为例，金刚石的摩氏硬度为10，因此，即使使用CMP方法，最优也就使金刚石表面粗糙度小于5nm。但是，表面粗糙度小于5nm远远达不到与第一功能薄膜层直接键合的要求。

因此，本申请在第二功能薄膜层140上制备第二隔离层130，使所述第二隔离层130中远离所述第二功能薄膜层140的表面的粗糙度小于所述第二功能薄膜层140中与所述第二隔离层130接触的表面的粗糙度。其中，第二隔离层130可以采用硬度相对较小的材料，以便于对第二隔离层130的表面进行处理，第二隔离层130可以采用二氧化硅、氮化硅或氧化铝等，本申请对此不进行限定。

本申请对在所述第二功能薄膜层140上制备第二隔离层130的方法不进行限定。在一具体例子中，用磁控溅射的方法在金刚石薄膜表面沉积一层二氧化硅薄膜做为第二隔离层130，所用靶材为Si靶，溅射功率可以为10W-1000W，例如溅射功率为50W，溅射气压可以为1Pa-1000Pa，例如溅射气压为20Pa，氩气流量与氧气流量均可以为10sccm-1000sccm，例如氩气流量与氧气流量均为50sccm，磁控溅射制备的二氧化硅厚度可以为100nm-1000nm，例如二氧化硅厚度为200nm，然后抛光至1nm-100nm，例如抛光至10nm，以降低二氧化硅薄膜的粗糙度＜2nm。

进一步地，可以在所述第二功能薄膜层上沉积具有第一颗粒粒度的材料，形成第二隔离层。对应的，在步骤3中，在所述第二隔离层上沉积具有第二颗粒粒度的材料形成第一隔离层，所述第一颗粒粒度大于所述第二颗粒粒度。先采用颗粒粒度较大的材料在第二功能薄膜层140上制备第二隔离层130，这样可以快速的将第二功能薄膜层140表面的不平坦部分填平，同时得到粗糙度小于第二功能薄膜层140表面的第二隔离层130，进一步的，采用颗粒粒度较小的材料在第二隔离层130制备第一隔离层120，便能够快速的制备得到目标厚度的第一隔离层120，并且可以更好的控制第一隔离层厚度的均匀性。

步骤3、在所述第二隔离层130上制备第一隔离层120，使所述第一隔离层120中远离所述第二隔离层130的表面的粗糙度小于所述第二隔离层130中与所述第一隔离层120接触的表面的粗糙度。

其中，第二隔离层120可以采用与第一隔离层130相同或不同的材料，第二隔离层120和第一隔离层130均采用折射率小于第一功能薄膜层110折射率的材料，例如，例如第一隔离层120可以是二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料，第二隔离层130可以是二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料。

本申请对在所述第二隔离层130上制备第一隔离层120的方法不进行限定。在一具体例子中，用磁控溅射的方法在第二隔离层金刚石薄膜表面沉积一层二氧化硅薄膜做为第一隔离层，所用靶材为Si靶，溅射功率可以为10W-1000W，例如溅射功率为50W，溅射气压可以为1Pa-1000Pa，例如溅射气压为20Pa，氩气流量与氧气流量均可以为10sccm-1000sccm，例如氩气流量与氧气流量均为50sccm，磁控溅射制备的二氧化硅厚度可以为100nm-1000nm，例如二氧化硅厚度为500nm，然后抛光至300nm，以降低二氧化硅薄膜的粗糙度＜0.5nm。

需要说明的是，一般的，在粗糙度大的材料表面沉积后获得的材料表面粗糙度也大，在粗糙度小的材料表面沉积后获得的材料粗糙度也小。由此可知，在粗糙度大的第二功能薄膜层140(如金刚石)表面沉积一层第二隔离层130(如二氧化硅)后获得的材料表面粗糙度依然比较大，其厚度均匀性差别大，因此，将二氧化硅表面研磨抛光后表面粗糙度变小得到第二隔离层，继续在第二隔离层上沉积二氧化硅，研磨抛光后二氧化硅的表面粗糙度进一步变小，获得第一隔离层。

还需要说明的是，为了制备得到具有不同颗粒粒度的第一隔离层和第二隔离层，可以通过改变制备第一隔离层和第二隔离层的制备条件实现。例如，均采用磁控溅射的方法制备第二隔离层，在其他条件相同的条件下，制备第一隔离层的溅射功率可以小于制备第二隔离层的溅射功率。或者调整其他制备条件，本申请对此不进行限定。

步骤4、利用离子注入法和键合法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述第一隔离层120上制备所述第一功能薄膜层110，所述第一功能薄膜层110采用电光晶体材料。

本申请实施例通过逐渐减小覆盖在第二功能薄膜层140上结构的表面粗糙度的方式，间接实现第二功能薄膜层140与第一功能薄膜层110的键合，这样可以更好的控制第一隔离层厚度的均匀性，提升第一隔离层的抛光效率，并且可以使第一隔离层表面的粗糙度小于0.5nm，以达到与第一功能薄膜层110直接键合的要求。

本申请对在所述第一隔离层120上制备所述第一功能薄膜层110的方法不进行限定，例如：可以采用离子注入法和键合法，或者，利用键合法和研磨抛光法。

在一具体实施例中，采用离子注入法和键合法，在第一隔离层120上制备所述第一功能薄膜层110，包括以下步骤：

步骤401、向第一功能薄膜基体中进行离子注入，将所述第一功能薄膜基体依次分为第一功能薄膜层、分离层和余质层。

上述步骤401中所述的第一功能薄膜基体是指具有一定厚度的，用于得到第一功能薄膜层的基础材料，即具有一定厚度的晶圆。第一功能薄膜基体可以为铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、砷化镓、硅、陶瓷、四硼酸锂、砷化镓、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷晶体或石英等电光晶体材料，，本申请对此不进行限定。

可以由第一功能薄膜基体的一面向所述第一功能薄膜基体内部进行离子注入，从而在第一功能薄膜基体上形成第一功能薄膜层、分离层和余质层。

本申请实施例对所述离子注入的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式，所注入的离子可以为通过热处理能够生成气体的离子，例如：氢离子或者氦离子。注入氢离子时，注入剂量可以为3×10¹⁶ions/cm²～8×10¹⁶ions/cm²，注入能量可以为120KeV～400KeV；注入氦离子时，注入剂量可以为1×10¹⁶ions/cm²～1×10¹⁷ions/cm²，注入能量可以为50KeV～1000KeV。例如，注入氢离子时，注入计量可以为4×10¹⁶ions/cm²，注入能量可以为180KeV；注入氦离子时，注入剂量为4×10¹⁶ions/cm²，注入能量为200KeV。

本申请实施例中，可以通过调整离子注入深度来调整第一功能薄膜层的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的第一功能薄膜层的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的第一功能薄膜层的厚度越小。

步骤402，将第一功能薄膜基体的离子注入面与第一隔离层120键合，得到键合体。

本申请实施例中，所述键合体是指第一功能薄膜基体与第一隔离层120键合后形成的键合体，其中，第一功能薄膜基体未从第一隔离层120上剥离，所述的离子注入面是指向第一功能薄膜基体注入离子的一面。

本申请对第一功能薄膜基体与第一隔离层120键合的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种键合的方式，例如，将第一功能薄膜基体的键合面进行表面活化，将第一隔离层120的键合面也进行表面活化，再将两个活化后的表面进行键合，获得键合体。

本申请对第一隔离层120和第一功能薄膜基体的键合面进行表面活化的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种对第一隔离层120和第一功能薄膜基体进行表面活化的方式，例如，等离子体活化以及化学溶液活化等；同样地，本申请对第一隔离层120的键合面表面活化的方式也不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可用于第一隔离层120的键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化。

步骤403，对所述键合体进行热处理，将所述余质层与所述第一功能薄膜层分离。

在一种可实现的方式中，对键合体进行热处理，所述热处理的温度可以为100℃～600℃，在热处理过程中，所述分离层内形成气泡，例如，H离子形成氢气，He离子形成氦气等，随着热处理进展，分离层内的气泡连成一片，最后分离层裂开，将余质层与所述第一功能薄膜层分离，从而使余质层由键合体上剥离下来，在第一隔离层120表面形成一层第一功能薄膜层，再将第一功能薄膜层抛光减薄至50-3000nm(例如400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm等)，得到具有纳米级厚度的第一功能薄膜层。

在另一具体实施例中，采用键合法和研磨抛光法，在第一隔离层120上制备第一功能薄膜层，包括以下步骤：首先，将准备好的第一功能薄膜基体与第一隔离层120键合，得到键合体，其中，第一功能薄膜基体与第一隔离层120键合的方式可以参照上述步骤402的描述，此处不再赘述。然后，将键合体进行热处理，以提升第一功能薄膜基体与第一隔离层120的键合力。例如，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，保温温度可以是100℃～600℃，例如保温时间为400℃，保温时间可以是1分钟～48小时，例如，保温时间为3小时。最后，对键合体上的第一功能薄膜基体机械研磨和抛光，将第一功能薄膜基体减薄至预设的第一功能薄膜层厚度。例如，预设的第一功能薄膜层厚度为20μm，则可以先采用机械研磨的方式将键合体上的第一功能薄膜基体减薄至22μm，然后继续抛光至20μm，得到第一功能薄膜层。其中，第一功能薄膜层的厚度可以为400nm-100μm。

本申请实施例还提供一种电子元器件，包括上述实施例中任一所述的电光晶体薄膜。

本申请实施例中的电子元器件可以是滤波器、光学调制器、光波导开关、空间光调制器、光学倍频器、表面声波发生器、红外探测器和铁电体存储器等，本申请对此不进行限定。

例如，本申请实施例提供的电子元器件为光学调制器，该光学调制器包括上述实施例提供的电光晶体薄膜，其中，可以进一步对电光晶体薄膜上的第一功能薄膜层利用光刻和刻蚀的工艺制作成波导，波导形状可以Y分支，然后对波导两侧利用金属剥离工艺，制备金属电极，得到光学调制器。

实例一

1、准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的硅晶圆并清洗，并采用微波等离子体CVD法在硅晶圆表面沉积一层金刚石。沉积金刚石的反应气源为甲烷和氢气，从反应室的顶部输入；用于沉积的硅衬底置于衬底座上，频率为2.45×109Hz的微波，微波在反应室的中部形成辉光放电区，在衬底上沉积金刚石薄膜，沉积厚度11μm，然后抛光至10μm，以降低金刚石薄膜的粗糙度＜5nm。

2、用磁控溅射的方法在金刚石薄膜表面沉积一层二氧化硅薄膜做第二隔离层，所用靶材为Si靶，溅射功率50W，溅射气压20Pa，氩气流量与氧气流量均为50sccm，溅射制备的二氧化硅厚度为200nm，然后抛光至10nm，以降低二氧化硅薄膜的粗糙度＜2nm。

3、用磁控溅射的方法在第二隔离层表面沉积一层二氧化硅薄膜做第一隔离层，所用靶材为Si靶，溅射功率50W，溅射气压20Pa，氩气流量与氧气流量均为50sccm，溅射制备的二氧化硅厚度为500nm，然后抛光至300nm，以降低二氧化硅薄膜的粗糙度＜0.5nm。

4、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4×10¹⁶ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余质层三层结构的铌酸锂晶圆。

5、对上述步骤2二氧化硅面和步骤3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工艺面与硅衬底的二氧化硅层进行键合，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，直至余质层从键合体上分离下来，形成铌酸锂薄膜。保温工艺在真空环境下或在氮气、惰性气体或空气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。

7、之后对铌酸锂薄膜进行抛光减薄至400nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂薄膜，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。

8、对前述得到的铌酸锂薄膜利用光刻和刻蚀的工艺制作铌酸锂波导，波导形状为Y分支。

9、对完成前述工艺的铌酸锂波导两侧利用金属剥离工艺，制备金属电极，得到铌酸锂基的集成光学调制器。

实例二

1、准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的硅晶圆并清洗，并采用微波等离子体CVD法在硅晶圆表面沉积一层金刚石。沉积金刚石的反应气源为甲烷和氢气，从反应室的顶部输入；用于沉积的硅衬底置于衬底座上，频率为2.45×109Hz的微波在反应室的中部有波导馈入，形成辉光放电区，在衬底上沉积金刚石薄膜，沉积厚度11μm，然后抛光至10μm，以降低金刚石薄膜的粗糙度＜5nm。

2、用磁控溅射的方法在金刚石薄膜表面沉积一层二氧化硅薄膜做第二隔离层，所用靶材为Si靶，溅射功率50W，溅射气压20Pa，氩气流量与氧气流量均为50sccm，溅射制备的二氧化硅厚度为200nm，然后抛光至10nm，以降低二氧化硅薄膜的粗糙度＜2nm。

3、用磁控溅射的方法在金刚石薄膜表面沉积一层二氧化硅薄膜做第一隔离层，所用靶材为Si靶，溅射功率50W，溅射气压20Pa，氩气流量与氧气流量均为50sccm，溅射制备的二氧化硅厚度为500nm，然后抛光至300nm，以降低二氧化硅薄膜的粗糙度＜0.5nm。

4、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硅衬底的二氧化硅层进行键合，形成键合体。

5、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。

6、之后对铌酸锂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薄膜，，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。

7、对前述得到的铌酸锂薄膜利用光刻和刻蚀的工艺制作铌酸锂波导，波导形状为Y分支；

8、对完成前述工艺的铌酸锂波导两侧利用金属剥离工艺，制备金属电极，得到铌酸锂基的集成光学调制器。

实例三

实例三与上述实例一或实例二基本相同，不同之处在于，包括如下步骤：

1、准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的硅晶圆并清洗，并采用磁控溅射法在硅衬底底面制备AlN薄膜，所用靶材为铝靶，溅射气体为Ar，反应气体为N₂，溅射功率100W(可以为10W-1000W)，溅射气压20Pa(可以为1Pa-1000Pa)，氩气流量与N₂流量均为50sccm(可以为10sccm-1000sccm)。溅射制备AlN薄膜厚度为10μm(可以为0.5-100μm)。然后再进行上述实例一或实例二的步骤。

实例四

实例四与上述实例三基本相同，不同之处在于，实例四中，在硅衬底底面依次制备AlN薄膜和钼薄膜，具体包括如下步骤：

1、准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的硅晶圆并清洗，并采用磁控溅射法在硅衬底底面制备AlN薄膜，所用靶材为铝靶，溅射气体为Ar，反应气体为N₂，溅射功率100W(可以为10W-1000W)，溅射气压20Pa(可以为1Pa-1000Pa)，氩气流量与N₂流量均为50sccm(可以为10sccm-1000sccm)。溅射制备AlN薄膜厚度为10μm(可以为0.5-100μm)。

2、继续使用磁控溅射法在AlN薄膜上沉积一层钼薄膜，所用靶材为钼靶，溅射气体为Ar，溅射功率100W(可以为10W-1000W)，溅射气压20Pa(可以为1Pa-1000Pa)。溅射制备钼薄膜厚度为2μm(可以为0.5-100μm)。然后再进行上述实例一或实例二的步骤。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，尤其是电光晶体薄膜的制备方法对应的实施例部分可以参见电光晶体薄膜实施例部分。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

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。

Claims (10)

1.一种电光晶体薄膜，其特征在于，包括依次层叠的第一功能薄膜层、第一隔离层、第二隔离层、第二功能薄膜层和衬底层；

所述第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度大于所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度，所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度大于所述第一隔离层中与所述第一功能薄膜层接触的表面的粗糙度；

其中，所述第一功能薄膜层采用电光晶体材料，所述第二功能薄膜层采用金刚石材料。

2.根据权利要求1所述的电光晶体薄膜，其特征在于，所述第二隔离层由具有第一颗粒粒度的材料制备而成，所述第一隔离层由具有第二颗粒粒度的材料制备而成，所述第一颗粒粒度大于所述第二颗粒粒度。

3.根据权利要求1所述的电光晶体薄膜，其特征在于，所述第二隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝，所述第一隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。

4.根据权利要求1所述的电光晶体薄膜，其特征在于，所述第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度小于5nm，所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度小于2nm，所述第一隔离层中与所述第一功能薄膜层接触的表面的粗糙度小于0.5nm。

5.根据权利要求1所述的电光晶体薄膜，其特征在于，还包括补偿功能层，所述补偿功能层层叠于所述衬底层远离第二功能薄膜层的表面。

6.一种电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底层顶表面制备第二功能薄膜层，所述第二功能薄膜层采用金刚石材料；

在所述第二功能薄膜层上制备第二隔离层，使所述第二隔离层中远离所述第二功能薄膜层的表面的粗糙度小于所述第二功能薄膜层中与所述第二隔离层接触的表面的粗糙度；

在所述第二隔离层上制备第一隔离层，使所述第一隔离层中远离所述第二隔离层的表面的粗糙度小于所述第二隔离层中与所述第一隔离层接触的表面的粗糙度；

利用离子注入法和键合法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述第一隔离层上制备第一功能薄膜层，所述第一功能薄膜层采用电光晶体材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在衬底层顶表面制备第二功能薄膜层包括：

向反应室中输入用于沉积金刚石的反应气源，所述反应气源为甲烷和氢气；

将衬底层置于衬底座上，采用沉积法在衬底层顶表面沉积金刚石，其中，在所述反应室的中部有预设频率的微波波导馈入，形成辉光放电区，在衬底层顶表面上沉积金刚石薄膜；

抛光所述金刚石薄膜，使所述金刚石薄膜的表面的粗糙度＜5nm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述第二功能薄膜层上制备第二隔离层，以及，所述在所述第二隔离层上制备第一隔离层，包括：

在所述第二功能薄膜层上沉积具有第一颗粒粒度的材料，形成第二隔离层；

在所述第二隔离层上沉积具有第二颗粒粒度的材料，形成第一隔离层，其中，所述第一颗粒粒度大于所述第二颗粒粒度。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在衬底层顶表面制备第二功能薄膜层之前还包括：

在所述衬底层底表面制备补偿功能层，所述底表面是指所述衬底层远离第二功能薄膜层的表面。

10.一种电子元器件，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的电光晶体薄膜。

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