CN115867105A - 一种同步制备两片复合压电衬底的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同步制备两片复合压电衬底的方法，包括：（1）提供压电材料、第一支撑衬底和第二支撑衬底；（2）先对压电材料的第一键合面进行离子注入，再将压电材料的第一键合面和第一支撑衬底进行键合，得到第一复合衬底；（3）先对压电材料的第二键合面进行离子注入，再将压电材料的第二键合面和第二支撑衬底进行键合，得到第二复合衬底；（4）将第二复合衬底进行热处理，使得所述第二复合衬底断开，得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料。本发明提供的方法简化了工艺流程，提高了生产效率和产品良率，降低了加工成本，实现了压电材料的重复利用。
Description
技术领域
本发明属于压电衬底制造技术领域，涉及一种复合压电衬底的制备方法，尤其涉及一种同步制备两片复合压电衬底的方法。
背景技术
压电材料因其具备压电效应而具有机械能与电能之间转换和逆转换的功能。压电效应的原理是：如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差，称之为正压电效应；反之施加电压，则会产生机械应力，称之为逆压电效应。如果压力是一种高频震动，则产生的电流便是高频电流。
铌酸锂与钽酸锂是目前用途最为广泛的新型无极材料，属于非常优秀的压电换能材料，钽酸锂具有优良的压电、铁电、声光及电光效应，广泛应用于谐振器、滤波器、换能器等电子通讯器件及高频声表面波器件。铌酸锂具有良好的非线性光学性质，可用作光波导材料，或用于制作中低频声表滤波器、大功率耐高温超声换能器等。
目前已知的由铌酸锂、钽酸锂制备的压电衬底相较于压电晶体具有高频、温度补偿性好、稳定性好、制造成本低等优势，在RF（射频）、光纤通信、RF滤波器等领域具有无法替代的优势。通常该复合压电衬底由压电材料薄膜层、绝缘层和半导体材料衬底层组成。然而，由于压电材料与半导体材料衬底的热膨胀系数差异非常大，在异质键合后的剥离热过程中会发生显著变形，进而导致键合体碎裂等质量问题。现有的技术在制备压电材料薄膜时会先将键合体减薄后再进行热退火，无法实现压电材料的重复利用，同时增加了加工步骤和成本，降低了产品的良率。
另一种技术使用UV紫外固化光学胶在半导体材料上匀胶后与压电材料粘合并使用UV光照射，使虚拟半导体材料与压电材料粘合后再进行后续工艺，从而降低了键合后热退火过程的形变，但是这种方法存在有机UV光学胶沾污的风险，对温度十分敏感，且操作过程繁琐。
由此可见，如何提供一种复合压电衬底的制备方法，简化工艺流程，提高生产效率和产品良率，降低加工成本，实现压电材料的重复利用，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步制备两片复合压电衬底的方法，所述方法简化了工艺流程，提高了生产效率和产品良率，降低了加工成本，实现了压电材料的重复利用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种同步制备两片复合压电衬底的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）提供压电材料、第一支撑衬底和第二支撑衬底；所述压电材料包括相对设置的第一键合面和第二键合面；
（2）先对压电材料的第一键合面进行离子注入，即在第一键合面形成第一弱化层，再将压电材料的第一键合面和第一支撑衬底进行键合，得到第一复合衬底；
（3）先对第一复合衬底中压电材料的第二键合面进行离子注入，即在第二键合面形成第二弱化层，再将压电材料的第二键合面和第二支撑衬底进行键合，得到第二复合衬底；
（4）将第二复合衬底进行热处理，使得所述第二复合衬底分别沿着第一弱化层和第二弱化层断开，得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料，且所述残留压电材料回用于步骤（1）进行重复利用。
本发明提供的方法利用键合技术将压电材料的两侧表面分别与两个支撑衬底进行键合，得到类似于三明治结构的中间复合衬底，而后经过热处理一次性制备得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料，并将残留压电材料进行重复利用，简化了工艺流程，提高了生产效率和产品良率，降低了加工成本，避免了压电材料的不必要浪费，有利于大规模推广应用。
优选地，步骤（1）所述压电材料的材质包括铌酸锂、钽酸锂或压电陶瓷中的任意一种。
优选地，步骤（1）所述第一支撑衬底和第二支撑衬底的材质分别独立地包括单晶硅、蓝宝石、碳化硅、尖晶石、石英、玻璃、氮化铝或金刚石中的任意一种，且所述第一支撑衬底和第二支撑衬底的材质相同。
优选地，步骤（1）所述第一支撑衬底和第二支撑衬底在键合之前分别独立地在待键合面制备绝缘层。
优选地，所述绝缘层的材质包括氧化硅、多晶硅、非晶硅或氮化硅中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氧化硅与多晶硅的组合，多晶硅与非晶硅的组合，非晶硅与氮化硅的组合，氧化硅、多晶硅与非晶硅的组合，或多晶硅、非晶硅与氮化硅的组合。
优选地，所述绝缘层的制备方法包括热氧化法和/或沉积法。
优选地，所述绝缘层在制备得到后还经过光滑化处理。
优选地，所述绝缘层的厚度为0.3-5μm，例如可以是0.3μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（2）所述第一键合面为压电材料的抛光侧。
优选地，步骤（2）所述离子注入采用氢离子和/或氦离子进行。
优选地，步骤（2）所述第一弱化层的深度为0.3-2μm，例如可以是0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm或2μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（2）所述压电材料和第一支撑衬底在键合之前分别独立地依次进行化学清洗与活化处理。
优选地，所述化学清洗采用RCA标准清洗法进行。
本发明中，所述RCA标准清洗法采用的清洗液包括SPM、DHF、APM或HPM中的任意一种。
具体地，所述SPM为硫酸溶液和双氧水的混合溶液，且清洗温度为120-150℃；所述DHF为氢氟酸溶液，且清洗温度为20-25℃；所述APM为氨水和双氧水的混合溶液，且清洗温度为30-80℃；所述HPM为盐酸溶液和双氧水的混合溶液，且清洗温度为65-85℃。
优选地，所述化学清洗直至压电材料和第一支撑衬底的表面分别满足粗糙度Ra为0.05-0.5nm，例如可以是0.05nm、0.1nm、0.15nm、0.2nm、0.25nm、0.3nm、0.35nm、0.4nm、0.45nm或0.5nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述化学清洗直至压电材料和第一支撑衬底的表面分别满足0.3μm尺寸以上的颗粒数量≤30，例如可以是5、10、15、20、25或30，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，经过化学清洗的压电材料和第一支撑衬底的表面足够光滑且洁净，在一定压力下会产生分子间作用力而实现相互键合。
优选地，所述活化处理包括利用Ar离子分别轰击压电材料和第一支撑衬底的待键合面。
优选地，所述化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料的第一键合面和/或第一支撑衬底的待键合面进行原位沉积金属层。
优选地，所述金属层的原位沉积方法包括电子束溅射沉积、磁控溅射、物理溅射或离子沉积中的任意一种。
优选地，所述金属层的材质包括单质钛、单质铁或单质钨中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括单质钛与单质铁的组合，单质铁与单质钨的组合，单质钛与单质钨的组合，或单质钛、单质铁与单质钨的组合。
优选地，所述金属层的厚度为0.05-2nm，例如可以是0.05nm、0.1nm、0.2nm、0.4nm、0.6nm、0.8nm、1nm、1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm或2nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述金属层经过后续热处理后转变为绝缘的金属氧化层，保证了界面的绝缘性，且所述金属氧化层的厚度为0.1-5nm，例如可以是0.1nm、0.5nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm或5nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（2）所述键合在真空环境中进行，且绝对真空度≤10-3Pa，例如可以是5×10-5Pa、10-5Pa、5×10-4Pa、10-4Pa、5×10-3Pa或10-3Pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（2）所述键合的温度为20-40℃，例如可以是20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃、38℃或40℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述键合在常温下进行，无需热退火过程以增加键合力，从而避免了由热膨胀系数差异导致的形变。
优选地，步骤（2）所述键合的强度≥1.5J/cm2，例如可以是1.5J/cm2、2J/cm2、2.5J/cm2、3J/cm2、3.5J/cm2、4J/cm2、4.5J/cm2或5J/cm2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述离子注入之前对压电材料的第二键合面进行抛光处理，且抛光去除厚度≤2μm，例如可以是0.2μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm或2μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述离子注入采用氢离子和/或氦离子进行。
优选地，步骤（3）所述第二弱化层的深度为0.3-2μm，例如可以是0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm或2μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述第一复合衬底和第二支撑衬底在键合之前分别独立地依次进行化学清洗与活化处理。
本发明中，步骤（3）的化学清洗与活化处理和步骤（2）的化学清洗与活化处理条件相同，故在此不做赘述。
优选地，所述化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料的第二键合面和/或第二支撑衬底的待键合面进行原位沉积金属层。
本发明中，步骤（3）的原位沉积金属层和步骤（2）的原位沉积金属层条件相同，故在此不做赘述。
优选地，步骤（3）所述键合在真空环境中进行，且绝对真空度≤10-3Pa，例如可以是5×10-5Pa、10-5Pa、5×10-4Pa、10-4Pa、5×10-3Pa或10-3Pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述键合的温度为20-40℃，例如可以是20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃、38℃或40℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述键合的强度≥1.5J/cm2，例如可以是1.5J/cm2、2J/cm2、2.5J/cm2、3J/cm2、3.5J/cm2、4J/cm2、4.5J/cm2或5J/cm2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（4）所述热处理的温度为100-300℃，例如可以是100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（4）所述热处理的升温速率≤30℃/min，例如可以是5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min或30℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（4）所述热处理的保温时间为1-1440min，例如可以是1min、10min、100min、200min、400min、600min、800min、1000min、1200min、1400min或1440min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（4）所述热处理过程中还伴随着加压处理，且所述加压处理的压力值为0.1-20MPa，例如可以是0.1MPa、1MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa、14MPa、16MPa、18MPa或20MPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（4）所述第二复合衬底分别沿着第一弱化层和第二弱化层断开后，分别对两片复合压电衬底的压电层表面进行抛光处理，直至两片复合压电衬底的压电层厚度分别为0.1-1.4μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm或1.4μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（4）所述两片复合压电衬底的厚度分别为150-1000μm，例如可以是150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、750μm、800μm、850μm、900μm、950μm或1000μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的方法利用键合技术将压电材料的两侧表面分别与两个支撑衬底进行键合，得到类似于三明治结构的中间复合衬底，而后经过热处理一次性制备得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料，并将残留压电材料进行重复利用，简化了工艺流程，提高了生产效率和产品良率，降低了加工成本，避免了压电材料的不必要浪费，有利于大规模推广应用。
附图说明
图1是本发明提供的同步制备两片复合压电衬底的方法流程示意图。
其中：10-压电材料；11-第一弱化层；12-第二弱化层；21-第一支撑衬底；22-第二支撑衬底；30-绝缘层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种同步制备两片复合压电衬底的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）提供压电材料10、第一支撑衬底21和第二支撑衬底22，并在所述第一支撑衬底21和第二支撑衬底22的表面分别独立地利用化学气相沉积法和热氧化法制备绝缘层30，之后对所得绝缘层30进行光滑化处理；所述压电材料10包括相对设置的第一键合面和第二键合面；所述压电材料10的材质为铌酸锂，所述第一支撑衬底21和第二支撑衬底22的材质分别独立地为单晶硅，所述绝缘层30的材质为多晶硅和氧化硅叠层，且绝缘层30的厚度为1.5μm，其中多晶硅的厚度为1μm，氧化硅的厚度为0.5μm；
（2）先对压电材料10的第一键合面进行氢离子注入，即在第一键合面形成深度为1μm的第一弱化层11，再将压电材料10和第一支撑衬底21分别独立地依次进行化学清洗与活化处理，且化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料10的第一键合面和第一支撑衬底21的绝缘层30表面分别进行电子束溅射沉积厚度为0.5nm的单质钛层，最后将压电材料10的第一键合面和第一支撑衬底21的绝缘层30在真空环境中（绝对真空度为10- 6Pa）进行键合，且键合的温度为30℃，键合的强度为2J/cm2，得到第一复合衬底；所述化学清洗采用RCA标准清洗法进行，直至压电材料10和第一支撑衬底21的表面分别满足粗糙度Ra为0.25±0.05nm，且0.3μm尺寸以上的颗粒数量≤20；所述活化处理为利用Ar离子分别轰击压电材料10和第一支撑衬底21的待键合面；
（3）先对第一复合衬底中压电材料10的第二键合面进行抛光处理直至抛光去除厚度为1μm，再对压电材料10的第二键合面进行氢离子注入，即在第二键合面形成深度为1μm的第二弱化层12，然后将第一复合衬底和第二支撑衬底22分别独立地依次进行化学清洗与活化处理，且化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料10的第二键合面和第二支撑衬底22的绝缘层30表面分别进行电子束溅射沉积厚度为0.5nm的单质钛层，最后将压电材料10的第二键合面和第二支撑衬底22的绝缘层30在真空环境中（绝对真空度为10-6Pa）进行键合，且键合的温度为30℃，键合的强度为2J/cm2，得到第二复合衬底；所述化学清洗与活化处理和步骤（2）中的条件相同，故在此不做赘述；
（4）将第二复合衬底在200℃下进行热处理，且升温速率为20℃/min，保温时间为500min，同时伴随着10MPa的加压处理，使得所述第二复合衬底分别沿着第一弱化层11和第二弱化层12断开，得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料10，分别对两片复合压电衬底的压电层表面进行抛光处理，直至两片复合压电衬底的压电层厚度分别为0.8μm，且两片复合压电衬底的厚度分别为500μm，所述残留压电材料10回用于步骤（1）进行重复利用；热处理后，界面处1nm的单质钛层被氧化为1.2nm的氧化钛层。
实施例2
本实施例提供一种同步制备两片复合压电衬底的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）提供压电材料10、第一支撑衬底21和第二支撑衬底22，并在所述第一支撑衬底21和第二支撑衬底22的表面分别独立地利用物理溅射沉积法制备绝缘层30，之后对所得绝缘层30进行光滑化处理；所述压电材料10包括相对设置的第一键合面和第二键合面；所述压电材料10的材质为钽酸锂，所述第一支撑衬底21和第二支撑衬底22的材质分别独立地为单晶硅，所述绝缘层30的材质为氧化硅，且绝缘层30的厚度为0.8μm；
（2）先对压电材料10的第一键合面进行氦离子注入，即在第一键合面形成深度为0.5μm的第一弱化层11，再将压电材料10和第一支撑衬底21分别独立地依次进行化学清洗与活化处理，且化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料10的第一键合面和第一支撑衬底21的绝缘层30表面分别进行磁控溅射厚度为0.1nm的单质铁层，最后将压电材料10的第一键合面和第一支撑衬底21的绝缘层30在真空环境中（绝对真空度为10-5Pa）进行键合，且键合的温度为20℃，键合的强度为1.5J/cm2，得到第一复合衬底；所述化学清洗采用RCA标准清洗法进行，直至压电材料10和第一支撑衬底21的表面分别满足粗糙度Ra为0.45±0.05nm，且0.3μm尺寸以上的颗粒数量≤30；所述活化处理为利用Ar离子分别轰击压电材料10和第一支撑衬底21的待键合面；
（3）先对第一复合衬底中压电材料10的第二键合面进行抛光处理直至抛光去除厚度为1.5μm，再对压电材料10的第二键合面进行氦离子注入，即在第二键合面形成深度为0.3μm的第二弱化层12，然后将第一复合衬底和第二支撑衬底22分别独立地依次进行化学清洗与活化处理，且化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料10的第二键合面和第二支撑衬底22的绝缘层30表面分别进行磁控溅射厚度为0.1nm的单质铁层，最后将压电材料10的第二键合面和第二支撑衬底22的绝缘层30在真空环境中（绝对真空度为10-5Pa）进行键合，且键合的温度为20℃，键合的强度为1.5J/cm2，得到第二复合衬底；所述化学清洗与活化处理和步骤（2）中的条件相同，故在此不做赘述；
（4）将第二复合衬底在100℃下进行热处理，且升温速率为10℃/min，保温时间为1440min，同时伴随着20MPa的加压处理，使得所述第二复合衬底分别沿着第一弱化层11和第二弱化层12断开，得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料10，分别对两片复合压电衬底的压电层表面进行抛光处理，直至两片复合压电衬底的压电层厚度分别为0.3μm，且两片复合压电衬底的厚度分别为150μm，所述残留压电材料10回用于步骤（1）进行重复利用；热处理后，界面处0.2nm的单质钛层被氧化为0.3nm的氧化钛层。
实施例3
本实施例提供一种同步制备两片复合压电衬底的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）提供压电材料10、第一支撑衬底21和第二支撑衬底22，并在所述第一支撑衬底21和第二支撑衬底22的表面分别独立地利用热氧化法制备绝缘层30，之后对所得绝缘层30进行光滑化处理；所述压电材料10包括相对设置的第一键合面和第二键合面；所述压电材料10的材质为压电陶瓷，所述第一支撑衬底21和第二支撑衬底22的材质分别独立地为单晶硅，所述绝缘层30的材质为氧化硅，且绝缘层30的厚度为5μm；
（2）先对压电材料10的第一键合面进行氢离子注入，即在第一键合面形成深度为1.2μm的第一弱化层11，再将压电材料10和第一支撑衬底21分别独立地依次进行化学清洗与活化处理，且化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料10的第一键合面和第一支撑衬底21的绝缘层30表面分别进行离子沉积厚度为0.5nm的单质钨层，最后将压电材料10的第一键合面和第一支撑衬底21的绝缘层30在真空环境中（绝对真空度为5×10- 6Pa）进行键合，且键合的温度为40℃，键合的强度为1.9J/cm2，得到第一复合衬底；所述化学清洗采用RCA标准清洗法进行，直至压电材料10和第一支撑衬底21的表面分别满足粗糙度Ra为0.1±0.05nm，且0.3μm尺寸以上的颗粒数量≤15；所述活化处理为利用Ar离子分别轰击压电材料10和第一支撑衬底21的待键合面；
（3）先对第一复合衬底中压电材料10的第二键合面进行抛光处理直至抛光去除厚度为2μm，再对压电材料10的第二键合面进行氢离子注入，即在第二键合面形成深度为1.2μm的第二弱化层12，然后将第一复合衬底和第二支撑衬底22分别独立地依次进行化学清洗与活化处理，且化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料10的第二键合面和第二支撑衬底22的绝缘层30表面分别进行离子沉积厚度为0.5nm的单质钨层，最后将压电材料10的第二键合面和第二支撑衬底22的绝缘层30在真空环境中（绝对真空度为5×10- 6Pa）进行键合，且键合的温度为40℃，键合的强度为1.9J/cm2，得到第二复合衬底；所述化学清洗与活化处理和步骤（2）中的条件相同，故在此不做赘述；
（4）将第二复合衬底在300℃下进行热处理，且升温速率为30℃/min，保温时间为100min，同时伴随着0.1MPa的加压处理，使得所述第二复合衬底分别沿着第一弱化层11和第二弱化层12断开，得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料10，分别对两片复合压电衬底的压电层表面进行抛光处理，直至两片复合压电衬底的压电层厚度分别为1.0μm，且两片复合压电衬底的厚度分别为500μm，所述残留压电材料10回用于步骤（1）进行重复利用；热处理后，界面处1nm的单质钨层被氧化为1.1±0.1nm的氧化钨层。
对比例1
本对比例提供一种复合压电衬底的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）提供压电材料和支撑衬底，并在所述支撑衬底的表面利用热氧化法制备绝缘层，之后对所得绝缘层进行光滑化处理；所述压电材料的材质为铌酸锂，所述支撑衬底的材质为单晶硅，所述绝缘层的材质为氧化硅，且绝缘层的厚度为2.5μm；
（2）先将压电材料和支撑衬底分别独立地依次进行化学清洗与活化处理，再将压电材料和支撑衬底的绝缘层在真空环境中（绝对真空度为10-6Pa）进行键合，且键合的温度为30℃，键合的强度为2J/cm2，得到含有压电层、绝缘层和支撑层的中间复合衬底；所述化学清洗采用RCA标准清洗法进行，直至压电材料和支撑衬底的表面分别满足粗糙度Ra为0.25±0.05nm，且0.3μm尺寸以上的颗粒数量≤20；所述活化处理为利用Ar离子分别轰击压电材料和支撑衬底的待键合面；
（3）对中间复合衬底的压电层进行减薄处理直至压电层的厚度为0.8μm，得到厚度为500μm的复合压电衬底。
相较于实施例1，本对比例将压电层直接减薄至0.8μm，材料浪费较大，加工成本高昂，且只得到一个复合压电衬底，生产效率低下。
由此可见，本发明提供的方法利用键合技术将压电材料的两侧表面分别与两个支撑衬底进行键合，得到类似于三明治结构的中间复合衬底，而后经过热处理一次性制备得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料，并将残留压电材料进行重复利用，简化了工艺流程，提高了生产效率和产品良率，降低了加工成本，避免了压电材料的不必要浪费，有利于大规模推广应用。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种同步制备两片复合压电衬底的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）提供压电材料、第一支撑衬底和第二支撑衬底；所述压电材料包括相对设置的第一键合面和第二键合面；
（2）先对压电材料的第一键合面进行离子注入，在第一键合面形成第一弱化层，再将压电材料的第一键合面和第一支撑衬底进行键合，得到第一复合衬底；
（3）先对第一复合衬底中压电材料的第二键合面进行离子注入，在第二键合面形成第二弱化层，再将压电材料的第二键合面和第二支撑衬底进行键合，得到第二复合衬底；
（4）将第二复合衬底进行热处理，使得所述第二复合衬底分别沿着第一弱化层和第二弱化层断开，得到两片复合压电衬底和一片残留压电材料，且所述残留压电材料回用于步骤（1）进行重复利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述压电材料的材质包括铌酸锂、钽酸锂或压电陶瓷中的任意一种；
步骤（1）所述第一支撑衬底和第二支撑衬底的材质分别独立地包括单晶硅、蓝宝石、碳化硅、尖晶石、石英、玻璃、氮化铝或金刚石中的任意一种，且所述第一支撑衬底和第二支撑衬底的材质相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述第一支撑衬底和第二支撑衬底在键合之前分别独立地在待键合面制备绝缘层；
所述绝缘层的材质包括氧化硅、多晶硅、非晶硅或氮化硅中的任意一种或至少两种的组合；
所述绝缘层的制备方法包括热氧化法和/或沉积法；
所述绝缘层在制备得到后还经过光滑化处理；
所述绝缘层的厚度为0.3-5μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述第一键合面为压电材料的抛光侧；
步骤（2）所述离子注入采用氢离子和/或氦离子进行；
步骤（2）所述第一弱化层的深度为0.3-2μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述压电材料和第一支撑衬底在键合之前分别独立地依次进行化学清洗与活化处理；
所述化学清洗采用RCA标准清洗法进行；
所述化学清洗直至压电材料和第一支撑衬底的表面分别满足粗糙度Ra为0.05-0.5nm，且0.3μm尺寸以上的颗粒数量≤30；
所述活化处理包括利用Ar离子分别轰击压电材料和第一支撑衬底的待键合面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料的第一键合面和/或第一支撑衬底的待键合面进行原位沉积金属层；
所述金属层的原位沉积方法包括电子束溅射沉积、磁控溅射、物理溅射或离子沉积中的任意一种；
所述金属层的材质包括单质钛、单质铁或单质钨中的任意一种或至少两种的组合；
所述金属层的厚度为0.05-2nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述键合在真空环境中进行，且绝对真空度≤10-3Pa；
步骤（2）所述键合的温度为20-40℃；
步骤（2）所述键合的强度≥1.5J/cm2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述离子注入之前对压电材料的第二键合面进行抛光处理，且抛光去除厚度≤2μm；
步骤（3）所述离子注入采用氢离子和/或氦离子进行；
步骤（3）所述第二弱化层的深度为0.3-2μm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述第一复合衬底和第二支撑衬底在键合之前分别独立地依次进行化学清洗与活化处理；
所述化学清洗与活化处理之间还包括在真空环境中对压电材料的第二键合面和/或第二支撑衬底的待键合面进行原位沉积金属层；
步骤（3）所述键合在真空环境中进行，且绝对真空度≤10-3Pa；
步骤（3）所述键合的温度为20-40℃；
步骤（3）所述键合的强度≥1.5J/cm2。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述热处理的温度为100-300℃，且升温速率≤30℃/min，保温时间为1-1440min；
步骤（4）所述热处理过程中还伴随着加压处理，且所述加压处理的压力值为0.1-20MPa；
步骤（4）所述第二复合衬底分别沿着第一弱化层和第二弱化层断开后，分别对两片复合压电衬底的压电层表面进行抛光处理，直至两片复合压电衬底的压电层厚度分别为0.1-1.4μm；
步骤（4）所述两片复合压电衬底的厚度分别为150-1000μm。
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