CN116195382A - 包括铁电层的分层固态元件及其制造方法 - Google Patents

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萨比娜·丘普雷内泰
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Abstract

一种分层固体元件(100)包括结晶材料Li1‑x(Nb1‑yTay)1+xO3+2x‑z的铁电层(2)，所述结晶材料具有相对于所述分层固体元件的基底(10)的X定向或33°Y定向。所述铁电层从具有化学式LkNirO1.5·(k+r)+w或Ln+1NinO3n+1+δ中的一者的缓冲层(1)外延地生长，其中L是镧系元素。此类分层固体元件可形成薄膜体声谐振器且可用于例如RF滤波器等集成式电子电路，或例如集成式光学调制器等引导光学装置。

Description

包括铁电层的分层固态元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种包括铁电层的分层固体元件，并且涉及一种用于制造此类元件的方法。
背景技术
铌酸锂和钽酸锂具有相应化学式Li1-xNb1+xO3+2x和Li1-xTa1+xO3+2x，分别以简化式描述为LiNbO3或LiTaO3，所述铌酸锂和钽酸锂是可用于微电子学、微声学、热电装置和引导光子学中的许多应用的铁电材料。特别地，其用于产生例如在通信终端中实施的RF滤波器。然而，LiNbO3或LiTaO3的层迄今为止主要在介电蓝宝石基底上产生，以使得其可仅用于实施表面声波(SAW)。接着，存在以下挑战：在底部电极上和/或尤其在包含牺牲层或声镜且基于硅(Si)基底的结构上以低成本产生LiNbO3或LiTaO3的膜，以使得这些LiNbO3膜或LiTaO3膜可用于实施体声波(BAW)。实际上，基于BAW的RF滤波器具有更好的耐受高功率密度的能力。因此，其比SAW滤波器更适合于在高频率下操作。使用此类LiNbO3膜或LiTaO3膜的BAW滤波器提供高机电耦合且可针对高于基于标准氮化铝(AlN)膜的滤波器的频率而操作，或可构成宽带或频率可调谐滤波器。
已报告了通过切割LiNbO3单晶晶片的切片且将此类切片接合到合适的电路结构来制造基于LiNbO3的谐振器。使用用于基于在LiNbO3切片中产生的体声波而获得谐振器的此类方法，切片厚度可足够低。但是，实现在约6吉兆赫(GHz)下操作的RF滤波器需要具有约200纳米(nm)的厚度的极薄膜，所述极薄膜难以通过此晶片切割方法来制得。此外，此类方法进一步涉及切片传送，这变得昂贵且不可能以低成本实施大批量生产。
从此情况开始，本发明的一个目标在于提供适合于实施体声波的低成本、高耦合铁电膜。
本发明的另一目标在于产生具有良好受控厚度值和/或不具有例如开裂和分层等缺陷的铁电膜。
本发明的另一目标在于产生具有良好受控化学组成值的铁电膜，其中精度优于或等于0.2mol％。
本发明的又一目标是提供呈可与电子电路、声学装置、电光装置、热电装置或引导光子装置集成的形式的铁电膜。
发明内容
为了符合这些物件或其它物件中的至少一者，本发明的第一方面提出一种分层固体元件，其包括基底以及由所述基底的面支撑的层堆叠。所述层堆叠包括沿着外延界面彼此直接接触的第一结晶材料的缓冲层和第二结晶材料的铁电层。所述缓冲层比所述铁电层更接近所述基底。
所述第一结晶材料是基于具有化学式LkNirO1.5·(k+r)+w的第一化合物，其中L是镧系元素或在所述第一结晶材料内彼此取代的若干镧系元素，Ni是镍且O是氧。k是介于0.7与1.3之间的第一系数，并且r是介于0.7与1.3之间的第二系数。w是对缺乏或过量(间隙)氧原子的量进行量化的第三系数，并且介于-0.5与+0.5之间。值k＝1、r＝1且w＝0对应于化学计量的镧系镍酸盐，即LNiO3。
具有化学式LkNirO1.5·(k+r)-w的第一结晶材料是三方晶系。
替代地，并且本发明中还包括，第一结晶材料可基于具有化合物化学式Ln+ 1NinO3n+1+δ的另一第一，其中n是非零整数，并且δ是介于-0.5与+0.5之间的系数。L同样为镧系元素或在所谓的另一第一结晶材料内彼此取代的若干镧系元素，Ni是镍且O是氧。
具有化学式Ln+1NinO3n+1+δ的另一第一结晶材料是具有类似于三方晶LkNirO1.5·(k+r)+w的六方晶单元的晶格尺寸的正方晶系或斜方晶系。此类结晶Ln+1NinO3n+1+δ材料是Ruddlesden-Popper相。
所述第二结晶材料是基于铌酸锂、钽酸锂或具有化学式Li1-x(Nb1-yTay)1+xO3+2x-z的第二化合物，其中Li是锂、Nb是铌、Ta是钽，x是介于0与0.08之间的另一第一系数，y是介于0与1之间的另一第二系数，并且z是介于0与+0.5之间的另一第三系数。值x＝0、y＝0且z＝0对应于化学计量的铌酸锂LiNbO3，x＝0、y＝1且z＝0对应于化学计量的钽酸锂LiTaO3，并且更一般地，y表示相对于铌酸锂LiNbO3，被取代的铌阳离子与钽阳离子的比率。x对相对于组合物LiNb1-yTayO3缺乏的氧化锂Li2O的量进行量化，同时使此后者的晶体结构维持为几乎相同。2x对用以补偿通过用Nb5+或Ta5+离子替换Li+离子而产生的缺陷的正电荷的补充氧原子进行量化，且z对缺乏氧原子的量进行量化。
进一步有可能的是，第一、另一第一和第二结晶材料含有来自上文列举的化学式的掺杂量的另一化学元素，且同样无需显著修改晶体结构。
归功于本发明元件的分层结构，材料可使用可供工业制造商，尤其是作用于微电子学、微声学或引导光子学中的集成电路制造商使用的沉积工艺而沉积在基底上。此类工艺允许对膜厚度以及材料组成和质量的良好或极佳控制，以使得使用这些工艺而获得的膜可良好地结晶、几乎无缺陷并且在整个层堆叠中具有良好粘附性。特别地，可使用这些工艺实现的低厚度值允许使用铁电层来实施具有高频率，尤其高于5GHz的体声波。
本发明的分层固体元件可形成集成式电子电路的部分，例如RF滤波器，或集成式声学装置的部分，或集成式引导光子装置的部分，或热电装置的部分。以此方式获得的RF滤波器可具有比标准滤波器更高的谐振频率和更宽的带宽。其可在工业水平下产生，并且基于表面声波或基于体声波。其还可为宽带滤波器类型或频率可调谐滤波器类型，如可用于新一代通信终端。
另外，在缓冲层与铁电层之间具有外延界面使得有可能选择铁电层相对于基底的所要晶体定向，以使得铁电耦合效率增加或最大化。用于缓冲层的具有化学式LkNirO1.5·(k+r)+w的化合物适合于通过R-3c空间群的晶体结构且通过受控晶体定向产生。取决于材料中的合成条件和氧含量，用于缓冲层的具有化学式Ln+1NinO3n+1+δ的化合物适合于通过Ruddlesden-Popper相的晶体结构，即正方晶(I4/mmm或F4/mmm空间群)或斜方晶(Bmab或F/mmm空间群)结构产生，并且还通过受控晶体定向产生。可注意到，在文献中，对此材料的相图和现有相没有普遍的一致性，并且甚至报导了Ln+1NinO3n+1+δ化合物的单斜晶结构。接着，缓冲层的此类晶体定向允许铁电层的材料沉积为结晶，对于此铁电层具有由缓冲层的晶体定向设定的所要晶体定向。
所述铁电层的所述第二结晶材料可为具有三方晶结构的钛铁矿结构。在此情况下，所述第一结晶材料的所述缓冲层在基于具有三方晶结构的LkNirO1.5·(k+r)+w时可具有六方晶设置中的平行于所述外延界面的结晶平面(0，1，-1，2)，并且所述铁电层内的所述第二结晶材料可相对于所述外延界面而定向(0，1，-1，2)。如固体材料的技术人员已知，用于结晶LkNirO1.5·(k+r)+w的六方晶设置中的结晶平面(0，1，1，2)在IEEE惯例中对应于36°±5°Y定向。类似地，在所述六方晶设置中的平行于所述铁电层的(0，1，-1，2)R平面的所述外延界面意味着此铁电层在IEEE惯例中定向为33°°±5°Y。
替代地，同样在所述铁电层的所述第二结晶材料是具有三方晶结构的钛铁矿结构时，所述第一结晶材料的所述缓冲层在基于具有三方晶结构的LkNirO1.5·(k+r)+w时可具有六方晶设置中的平行于所述外延界面的结晶平面(1，1，-2，0)，并且所述铁电层内的所述第二结晶材料可具有在IEEE惯例中垂直于所述外延界面而定向的结晶X轴。六方晶设置中的所述结晶平面(1，1，-2，0)在IEEE惯例中垂直于X轴。类似地，铁电层内的具有在IEEE惯例中垂直于所述外延界面而定向的其结晶X轴的第二结晶材料意味着所述外延界面在六方晶设置中平行于(2，-1，-1，0)A平面。
同样在所述铁电层的所述第二结晶材料是具有三方晶结构的钛铁矿结构时，所述第一结晶材料的所述缓冲层在基于具有正方晶或斜方晶结构的Ln+1NinO3n+1+δ时可具有平行于所述外延界面的结晶平面(0，0，1)，并且所述铁电层内的所述第二结晶材料可相对于所述外延界面而定向(0，1，-1，2)，即，相对于所述外延界面而在IEEE惯例中定向为33°±5°Y。
替代地，同样在所述铁电层的所述第二结晶材料是具有三方晶结构的钛铁矿结构时，所述第一结晶材料的所述缓冲层在基于具有正方晶或斜方晶结构的Ln+1NinO3n+1+δ时可具有平行于所述外延界面的结晶平面(1，1，0)，并且所述铁电层内的所述第二结晶材料可具有在IEEE惯例中垂直于所述外延界面而定向的结晶X轴。
在本发明的各种实施例中，可进一步再现以下额外特征中的一者或若干者，以用于额外优点，例如本发明元件的更好质量或可靠性，或用于此元件的既定应用：
-当第一厚度是垂直于所述外延界面而测量时，缓冲层可具有在1纳米(nm)与1000nm之间的此第一厚度；
-当第二厚度也是垂直于所述外延界面而测量时，所述铁电层可具有在10nm与2000nm之间的此第二厚度；
-所述基底可为基于硅的基底或被设计成用于集成式光学或声学装置的基底。特别地，所述基底可为具有(100)定向的单晶硅；
-所述层堆叠在所述基底与所述缓冲层之间可进一步包括以下中的至少一者：二氧化硅层、钛层、二氧化钛层、钽层、氧化钽层、铬层、氧化铬层、电极层、适用于选择性地蚀刻，例如通过湿式或干式蚀刻的牺牲层以及布拉格镜。当所述电极层是底部电极层时，此类底部电极层的材料可在铂、铱、钌或导电氧化物当中选择。当所述电极层是顶部电极层时，此类顶部电极层的材料可为任何金属；
-空腔可定位在包括所述基底的所述分层固体元件的第一部分与包括所述缓冲层和所述铁电层的所述分层固体元件的第二部分之间；并且
-所述铁电层可沿着垂直于所述层的方向定位在所述层堆叠内的两个电极层之间，以使得所述分层固体元件适用于实施通过施加在这些电极层之间的时变电压在所述铁电层内产生的体声波或光学变化。
一般来说，分层固体元件可适用于形成高泛音体声谐振器，通常表示为HBAR。
替代地，分层固体元件可适用于形成独立类型的薄膜体声谐振器，通常表示为TFBAR。
同样替代地，分层固体元件可为固态装配谐振器类型，被称为SMR。
本发明的第二方面提出一种用于制造根据第一发明方面的分层固体元件的方法。根据此制造方法，第二结晶材料从第一结晶材料或所谓的另一第一结晶材料的缓冲层外延地生长，以用于形成铁电层。
可使用任何已知沉积工艺来沉积所述第一结晶材料，包含化学工艺、溶胶-凝胶工艺、物理沉积工艺，例如脉冲激光沉积或原子层沉积。但使用RF溅射沉积工艺或化学气相沉积工艺来形成所述缓冲层可为有利的。特别地，RF溅射允许直接基于具有平行于基底面的结晶平面(0，1，-1，2)的LkNirO1.5·(k+r)+w或基于具有平行于基底面的结晶平面(0，0，1)的Ln+ 1NinO3n+1+δ而获得具有所述缓冲层的所述第一结晶材料。接着，具有所述铁电层的所述第二结晶材料在所述缓冲层上以33°Y定向外延地生长。替代地，使用化学气相沉积工艺来形成所述缓冲层会引发基于具有平行于基底面的结晶平面(1，1，-2，0)的LkNirO1.5·(k+r)+w或基于具有平行于基底面的结晶平面(1，1，0)的Ln+1NinO3n+1+δ而获得所述第一结晶材料。接着，具有所述铁电层的所述第二结晶材料在所述缓冲层上以垂直于所述外延界面的其结晶X轴外延地生长。
还可使用如上文所列举的任何已知沉积工艺来沉积第二结晶材料。但可有利的是，使用化学气相沉积工艺来形成铁电层，尤其用直接液体注入化学气相沉积工艺或脉冲式注入化学气相沉积工艺。
有可能，本发明工艺可进一步包括在此第二结晶材料正被沉积以用于形成所述铁电层时或在所述第二结晶材料已被沉积之后将电场施加到所述第二结晶材料。此电场可适合于对准所述铁电层内的域中存在的铁电定向。
本发明的第三方面提出一种集成电路，其包括根据第一发明方面的分层固体元件。所述集成电路可形成电子装置的至少部分，或声学装置的至少部分，尤其微声学装置的至少部分、电光装置的至少部分、热电装置的至少部分，或引导光子装置的至少部分。特别地，其可形成RF滤波器、波导或光学调制器。
附图说明
图1为根据本发明的分层固体元件的横截面；
图2示意性地表示可用于沉积图1的分层固体元件的铁电层的材料沉积组合件；
图3a和3b为根据本发明的且分别具有SMR和TFBAR结构的两个分层固体元件的横截面视图；以及
图4展示可用于根据本发明的分层固体元件中的缓冲层的化合物的结晶结构。
为清楚起见，出现在这些图式中的元件大小并不对应于实际尺寸或尺寸比。并且，在这些图式中指示的相同参考数字表示具有相同功能的元件的相同元件。
具体实施方式
参考图1，分层固体元件100包括具有上部面S的基底10以及布置在此上部面S上的层堆叠。因此，所述层堆叠的堆叠方向D垂直于上部基底面S。举例来说，基底10可为(100)单晶硅晶片的一部分。
层堆叠包括沿着中间外延界面ES彼此直接接触的缓冲层1和铁电层2。层2的定向由层1的定向限定。层1和2两者均为分别具有R-3c和R3c空间群的晶体结构的结晶。层1可为具有正方晶或斜方晶结构的Ruddlesden-Popper相。外延界面ES垂直于堆叠方向D，并且平行于上部基底面S。举例来说，缓冲层1可为15nm厚，并且铁电层2可为250nm厚，这些厚度是平行于堆叠方向D而测量。缓冲层1可为具有化学式LaNiO3的结晶镍酸镧，并且铁电层2可为具有化学式LiNbO3的铌酸锂，或具有化学式LiTaO3的钽酸锂。但铁电层2的Li含量可在某一程度上变化，并且铁电层2的材料可为LiNbO3，其中一些铌阳离子被钽阳离子替换而不会干扰晶体结构。缓冲层1和铁电层2中的氧含量也可在某一程度上变化。
层堆叠可进一步包括：下部堆叠部分11，其位于上部基底面S与缓冲层1之间；以及上部堆叠部分12，其位于铁电层2的与基底10相对的一侧上。
下部堆叠部分11的第一层3可为例如由基底10在硅中时的热氧化形成的二氧化硅(SiO2)层。下部堆叠部分11可进一步包括多个个别层，包含例如基于铂、基于铱或基于钌的材料的底部电极层4，例如氧化钌(RuO2)或氧化铈(CeO2)、氧化铟锡(ITO)等氧化物层，以及还有可能适合于形成声学布拉格镜或光学布拉格镜的层子集5。以已知方式，此类布拉格镜被设计成用于反射铁电层2内产生的体声波或光波。有可能，下部堆叠部分11还可包括牺牲层，所述牺牲层意图稍后在制造工艺中经过蚀刻以形成薄膜体声谐振器，通常表示为TFBAR。与本发明分层固体元件兼容的此类结构将在下文中进一步描述，尤其参考[图3a]和[图3b]。下部堆叠部分11可另外包括一个或若干个粘附层，所述粘附层可基于铬、氧化铬、钛、氧化钛、钽、氧化钽、金属合金等。此类粘附层的实施方案是所属领域中众所周知的，以使得不必在此处进一步描述。在图1中，两个粘附层6a和6b表示在底部电极层4的每一侧上，但通常仅层6a就足够。层6b可用以防止从缓冲层1或铁电层2到电极层4或一般来说到层子集5的扩散，尤其是氧化锂的扩散。
上部堆叠部分12还可包括一个或若干个个别层，包含顶部电极层7、其它粘附层8a和8b以及保护层或温度补偿层9。顶部电极7可具有与底部电极层4相同的材料，或具有基于铝、基于钨、基于钼或基于金的材料，或基于其它金属。举例来说，层9可为氧化硅、氧化铝或某一其它介电材料。
并未进一步描述除缓冲层1和铁电层2以外的层，因为其并不与本发明直接相关。分层固体元件100的实际组成可不同于仅在上文所叙述的组成，这取决于其应用。特别地，对于除RF滤波器和光学调制器以外的应用，例如能量收集，包含掺杂氧化物的导电氧化物可用作电极层材料。
分层固体元件100可为例如集成式电子装置等集成电路的部分、集成式声学装置的部分，或集成式引导光子装置的部分。对于集成式电子装置，基底10可以众所周知的方式并有或支持电组件和连接，并且具有如[图1]中所表示的布置的分层固体元件100可构成固态装配谐振器，通常表示为SMR。替代地，对于集成式引导光子装置，基底10并有或支持波导片段(未表示)，所述波导片段以用于将辐射注入到铁电层2中并收集从其排放的辐射的合适方式来布置。举例来说，对于此类光学应用，分层固体元件100可构成光学调制器。
现转向图2，描述了适合于沉积至少铁电层2或连续沉积缓冲层1与铁电层2的CVD反应器。此CVD反应器是通常被称为直接液体注入化学气相沉积(DLI-CVD)的类型，但可替代地使用其它类型，例如脉冲式注入化学气相沉积(PI-CVD)。DLI-CVD反应器包括低压温度控制容器20，所述低压温度控制容器可由两个腔室20a和20b构成，所述腔室之间具有气体通道20c。腔室20a被设计成用于汽化化学前体，并且腔室20b被设计成用于使这些前体在基底10上进行化学反应以便形成所需层。可提供两个双注射器21a和21b以在铁电层2将要沉积时将以下相应混合物馈送到腔室20a：液体有机溶液，其含有第一金属有机化合物作为锂(Li)前体，其具有氧气(O2)、氮气(N2)或氩气(Ar)的气态混合物以用于注射器21a；以及另一液体有机溶液，其含有另一金属有机化合物作为铌(Nb)或钽(Ta)前体以用于注射器21b，其具有与用于注射器21a的相同的气态混合物。在液体有机溶液的情况下可替代地使用单一注射器，所述液体有机溶液含有形成具有氧气(O2)、氮气(N2)或氩气(Ar)的气态混合物的锂(Li)、铌(Nb)或钽(Ta)前体的所有金属有机化合物的混合物。参考数字23a表示密封罐，其含有Li前体，例如(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)Li，其溶解在也被称为均三甲苯的3,3,5-三甲基苯中以及N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TMEDA)中且通过氩气或氮气经由管道24而加压。双注射器21a通过管道25a连接到罐23a且通过管道26a供应有氧气-氮气-氩气混合物。类似地，参考数字23b表示另一密封罐，其含有Nb或Ta前体，例如也溶解在均三甲苯和TMEDA中的(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)4Nb或(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)4Ta。接着，双注射器21b通过管道25b连接到经Ar加压罐23b且通过管道26b供应有氧气-氮气-氩气混合物。合适的加热模块(未表示)并入在腔室20a和20b的壁中且在基底支撑件22内部以用于产生所要温度值，并且腔室20b的排气口27连接到泵送装置(未表示)。
腔室20b围封基底支撑件22，基底10将会固定在所述基底支撑件上。支撑件22可任选地具备自旋机构，以用于产生在较大有用沉积区域上具有改进的厚度均一性的沉积层。特别地，以此方式有可能处理意图稍后切割成单独集成电路的较大面积基底。
根据本发明的第一实施例，基底10在进行CVD处理之前已具备下部堆叠部分11(如果存在)和缓冲层1。结晶LaNiO3的缓冲层1可使用众所周知的RF溅射工艺来沉积，从而产生具有六方晶设置中的平行于上部基底面S的结晶R平面(0，1，-1，2)的晶体定向，在IEEE惯例中也被称为36°Y晶体定向。用于沉积此类缓冲层1的合适溅射条件可为：作为烧结的目标材料的LaNiO3、在350摄氏度(℃)与600℃之间的沉积温度、在50瓦(W)与200W之间的目标功率、在3·10-3托与6·10-3托之间的腔室压力，以及在小于50％之间的氧气/氩气比率。使用Lan+1NinO3n+1+δ目标，相同沉积条件将允许生长具有平行于上部基底面S的结晶平面(0，0，1)的Lan+1NinO3n+1+δ层。
对于这些第一实施例，可使用具有以下沉积参数的图2的DLI-CVD反应器来将铁电层2直接沉积在缓冲层1上：汽化腔室20a内部的在250℃与270℃之间的温度、沉积腔室20b内部的在600℃与700℃之间的温度、沉积腔室20b内部的在2托与10托之间的压力，以及在30％与50％之间的O2/(O2+N2+Ar)比率。这些沉积参数产生平行于堆叠方向D的在0,5纳米/分钟(nm/min)与2nm/min之间的铁电层2的生长速率。由此经沉积以用于形成铁电层2的LiNbO3材料是结晶，其具有通过在缓冲层1中的LaNiO3材料的36°Y定向经由外延诱发的33°Y定向。
如果将在铁电层2中部分地或完全地使用钽代替铌，那么当向CVD容器供应化合物时，铌前体应与钽前体组合或被钽前体替换。此类调适可由材料沉积的技术人员容易地实行，因为上文针对LiNbO3组合物提供的沉积参数也适合于LiTaO3组合物。
根据本发明的第二实施例，可使用如图2中所展示的DLI-CVD反应器来连续地沉积缓冲层1和铁电层2两者。以下沉积条件可用于专用于此层的CVD反应器中的缓冲层1的LaNiO3材料：在罐21a中作为镧前体的(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)3La溶解均三甲苯-TMEDA、在罐21b中溶解在均三甲苯-TMEDA中作为镍前体的(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)2Ni、汽化腔室20a内部的在185℃与215℃之间的温度、沉积腔室20b内部的在650℃与775℃之间的温度、具有在30％与50％之间的O2/(O2+N2+Ar)比率的氧气、氮气和氩气的气体混合物，以及沉积腔室20b内部的在2托与10托之间的压力。在相同沉积条件下调节溶液中的La和Ni前体比率将会实现具有平行于上部基底面S的结晶平面(1，1，0)的Lan+1NinO3n+1+δ层的生长。这些沉积条件产生在0,5nm/min与1nm/min之间的缓冲层1的生长速率。由此经沉积以用于形成缓冲层1的LaNiO3材料是结晶，其具有X定向以及具有(1，1，0)定向的Lan+1NinO3n+1+δ层。这意味着LaNiO3的晶体结构的X轴垂直于基底面S。
对于此类第二实施例，铁电层2直接CVD沉积在由此获得的缓冲层1上。上文针对第一实施例中的LiNbO3材料列出的CVD沉积参数可同样用于第二实施例。但是现在，由于缓冲层1的LaNiO3材料的X定向，经由具有晶体定向X的外延而获得铁电层2的LiNbO3材料，这意味着LiNbO3的晶体结构的X轴垂直于外延界面ES，并且LiNbO3的(2，-1，-1，0)A平面平行于外延界面ES。
替代地，如果基底10或下部堆叠部分11强加平行于外延界面的LaNiO3的(0，1，-1，2)平面的外延生长，那么经沉积以用于形成缓冲层1的LaNiO3材料可为具有36°Y定向的结晶。
并且有可能，如果基底10或下部堆叠部分11强加平行于外延界面的LaNiO3的(2，-1，-1，0)平面的外延生长，那么经沉积以用于形成缓冲层1的LaNiO3材料可为具有X定向的结晶。
当Ln+1NinO3n+1+δ材料经沉积以用于形成缓冲层1时，所述材料在基底10或下部堆叠部分11强加平行于外延界面的Ln+1NinO3n+1+δ的(0，0，1)平面的外延生长的情况下可为具有(0，0，1)定向的结晶。如果基底10或下部堆叠部分11强加平行于外延界面的Ln+1NinO3n+1+δ的这些平面的外延生长，那么经沉积以用于形成缓冲层1的Ln+1NinO3n+1+δ材料还可为具有(1，1，0)定向的结晶。
已在此类第一和第二实施例中获得的铁电层2归因于其33°Y定向或X定向而展现较大压电和电光效率。归功于此类压电和电光效率，并有分层固体元件100的集成装置允许改进的操作和/或更大的频率操作带，而不管此装置的应用是什么，尤其RF滤波和光学调制。
对于本发明的所有实施例，电成极步骤可为用于对准所沉积的铁电层2内的域中可存在的变化极化所必需的。此成极可通过将电场施加到层2来达成，所述电场高于矫顽电场。此类电场可在铁电层2的沉积期间施加到所述铁电层，以使得所沉积的铁电材料在整个层2中具有一个单极化。替代地，可在铁电层2或整个分层固体元件100已完成之后实行电成极。为了实施此类成极，电极层4和7中的一者或两者可用于电连接到外部电压源。举例来说，当层2的铁电材料的矫顽电场等于85千伏/厘米(kV/cm)时，待使用的成极电场可大于85kV/cm。
本发明的分层固体元件100可与各种元件结构组合，包含高泛音体声谐振器或HBAR、体声波固态装配谐振器或SMR，或表示为TFBAR的独立类型的薄膜体声谐振器。
对于HBAR结构，下部堆叠部分11不含声学布拉格镜5，以使得基底10形成声波的传播媒体。
对于如[图3a]中所展示的SMR结构，下部堆叠部分11包含声学布拉格镜5，以使得声波的传播媒体限于位于布拉格镜5上方的与基底10相对的堆叠部分。此传播媒体因此由下部电极4、缓冲层1、铁电层2和上部电极7形成，并且其通过声学布拉格镜5而与基底10隔离。[图3a]还展示意图连接到例如RF源等电信号源的电极连接4e和7e。
对于如[图3b]中所展示的TFBAR结构，下部堆叠部分11最初包含牺牲材料层。此牺牲材料随后在下部电极4、缓冲层1、铁电层2和上部电极7已经沉积之后被蚀刻穿过孔径O。参考数字10'指示可为二氧化硅的周围材料部分。可实施干式或湿式蚀刻工艺以用于相对于其它材料选择性地抽出牺牲材料。因此，在下部电极4与基底10之间产生空腔13。声学传播媒体再次由下部电极4、缓冲层1、铁电层2和上部电极7形成，但其通过空腔13而非声学布拉格镜5而与基底10隔离。
当本发明的分层固体元件100意图形成引导光子装置时，其可不含层子集5，或层子集5可为光学布拉格镜。
缓冲层1可具有化学组合物LkNirO1.5·(k+r)+w中的一者，其中L是镧系元素或彼此取代的若干镧系元素，0.7≤k≤1.3、0.7≤r≤1.3且-0.5≤w≤+0.5。但其可替代地具有其它化学组合物Ln+1NinO3n+1+δ中的一者，其中n是非零整数，并且-0.5≤δ≤+0.5。对于n＝1，化合物是具有K2NiF4结构的La2NiO4，并且对于n极大，其接近具有钙钛矿结构的LaNiO3。此类其它组合物被称为Ruddlesden-Popper相，并且L2NiO4晶体结构可通过在正方晶单元的基底平面中交替沿着[001]旋转了45°的LNiO3钙钛矿块和LaO层的结晶方向来衍生。[图4]示出Lan+ 1NinO3n+1+δ组合物从La2NiO4的此类衍生。在组合物LkNirO1.5·(k+r)+w和Ln+1NinO3n+1+δ中的每一者中，L可指示若干镧系元素的混合物，其条件为可将由此获得的用于缓冲层的组合物沉积于晶体形式中，所述晶体形式允许经由从缓冲层的外延以X定向或约33°Y定向来后续沉积铁电材料。
应注意，铁电材料可在很大程度上在化学组成方面变化，同时维持其铁电效率和其从缓冲层的外延生长能力两者。出于此原因，根据本发明实施的铁电层2的一般组合物可表示为Li1-x(Nb1-yTay)1+xO3+2x-z，其中0≤x≤0.08、0≤y≤1且0≤z≤0.5。
最后，已经提供的CVD反应器的设计中的所有细节以及所有所引用的数字值仅出于示范目的，并且可根据实际上使用的反应器、所实施的准确化学组合物以及所需生长速率和层厚度而进行调适。

Claims (14)

1.分层固体元件(100)，其包括基底(10)以及由所述基底的面(S)支撑的层堆叠，所述层堆叠包括沿着外延界面(ES)彼此直接接触的第一结晶材料的缓冲层(1)和第二结晶材料的铁电层(2)，所述缓冲层比所述铁电层更接近所述基底，
其中，所述第一结晶材料是基于具有化学式LkNirO1.5·(k+r)+w的第一化合物，其中L是镧系元素或在所述第一结晶材料内彼此取代的若干镧系元素，Ni是镍且O是氧，k是介于0.7与1.3之间的第一系数，r是介于0.7与1.3之间的第二系数，并且
w是介于-0.5与+0.5之间的第三系数，
或者所述第一结晶材料是基于具有式Ln+1NinO3n+1+δ的另一第一化合物化学物质，其中n是非零整数，并且δ是介于-0.5与+0.5之间的系数，
并且所述第二结晶材料是基于铌酸锂、钽酸锂或具有化学式Li1-x(Nb1-yTay)1+xO3+2x-z的第二化合物，其中Li是锂、Nb是铌、Ta是钽，x是介于0与0,08之间的另一第一系数，y是介于0与1之间的另一第二系数，并且z是介于0与+0.5之间的另一第三系数。
2.根据权利要求1所述的分层固体元件(100)，其特征在于，所述第二结晶材料是具有三方晶结构的钛铁矿结构，并且
所述第一结晶材料的所述缓冲层(1)是基于具有三方晶结构的LkNirO1.5·(k+r)+w并且具有六方晶设置中的平行于所述外延界面(ES)的结晶平面(0，1，-1，2)，并且所述铁电层(2)内的所述第二结晶材料相对于所述外延界面而在IEEE惯例中定向为33°±5°Y，或者
所述第一结晶材料的所述缓冲层(1)是基于具有三方晶结构的LkNirO1.5·(k+r)+w并且具有六方晶设置中的平行于所述外延界面(ES)的结晶平面(1，1，-2，0)，并且所述铁电层(2)内的所述第二结晶材料具有在IEEE惯例中垂直于所述外延界面而定向的结晶X轴，或者
所述第一结晶材料的所述缓冲层(1)是基于具有正方晶或斜方晶结构的Ln+1NinO3n+1+δ并且具有平行于所述外延界面(ES)的结晶平面(0，0，1)，并且所述铁电层(2)内的所述第二结晶材料相对于所述外延界面而在IEEE惯例中定向为33°±5°Y，或者
所述第一结晶材料的所述缓冲层(1)是基于具有正方晶或斜方晶结构的Ln+1NinO3n+1+δ并且具有平行于所述外延界面(ES)的结晶平面(1，1，0)，并且所述铁电层(2)内的所述第二结晶材料具有在IEEE惯例中垂直于所述外延界面而定向的结晶X轴。
3.根据权利要求1或2所述的分层固体元件(100)，其特征在于，所述缓冲层(1)具有在1nm与1000nm之间的第一厚度，并且所述铁电层(2)具有在10nm与2000nm之间的第二厚度，所述第一厚度和第二厚度是垂直于所述外延界面(ES)而测量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的分层固体元件(100)，其特征在于，所述基底(10)是基于硅的基底或被设计成用于集成式光学或声学装置的基底。
5.根据前述权利要求中任一项所述的分层固体元件(100)，其特征在于，所述层堆叠在所述基底(10)与所述缓冲层(1)之间进一步包括以下中的至少一者：二氧化硅层(3)、钛层、二氧化钛层、钽层、氧化钽层、铬层、氧化铬层、电极层(4)、适用于选择性地蚀刻的牺牲层以及布拉格(Bragg)镜(5)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的分层固体元件(100)，其特征在于，空腔(13)定位在包括所述基底(10)的所述分层固体元件的第一部分与包括所述缓冲层(1)和所述铁电层(2)的所述分层固体元件的第二部分之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的分层固体元件(100)，其特征在于，所述铁电层(2)沿着垂直于所述层的方向定位在所述层堆叠内的两个电极层(4、7)之间，以使得所述分层固体元件适用于实施通过施加在所述电极层之间的时变电压在所述铁电层内产生的体声波或光学变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的分层固体元件(100)，其形成集成式电子电路、集成式声学装置、集成式引导光子装置或热电装置的部分。
9.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的分层固体元件(100)的方法，其中所述第二结晶材料从所述第一结晶材料或所述另一第一结晶材料的所述缓冲层(1)外延地生长，以用于形成所述铁电层(2)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一结晶材料是使用RF溅射沉积工艺或化学气相沉积工艺来沉积，以用于形成所述缓冲层(1)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述第二结晶材料是使用化学气相沉积工艺，优选地直接液体注入化学气相沉积工艺或脉冲式注入化学气相沉积工艺来沉积，以用于形成所述铁电层(2)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其进一步包括在所述第二结晶材料正被沉积以用于形成所述铁电层(2)时或在所述第二结晶材料已被沉积之后将电场施加到所述第二结晶材料，所述电场适合于对准所述铁电层内的域中存在的铁电定向。
13.一种集成电路，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的分层固体元件(100)，所述集成电路形成电子装置的至少部分、声学装置的至少部分、尤其微声学装置的至少部分、电光装置的至少部分、热电装置的至少部分，或引导光子装置的至少部分。
14.根据权利要求13所述的集成电路，其形成RF滤波器、波导或光学调制器。
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JP4344942B2 (ja) * 2004-12-28 2009-10-14 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式記録ヘッドおよび圧電アクチュエーター
JP5307986B2 (ja) * 2007-05-07 2013-10-02 富士フイルム株式会社 圧電素子とその製造方法、及び液体吐出装置
JP4662084B2 (ja) * 2008-07-25 2011-03-30 セイコーエプソン株式会社 液体吐出ヘッドおよび液体噴射装置
JP5819585B2 (ja) * 2009-12-15 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置
JP2013118252A (ja) * 2011-12-02 2013-06-13 Seiko Epson Corp ニッケル酸ランタン膜形成用組成物及びその製造方法、ニッケル酸ランタン膜の製造方法、圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、並びに液体噴射装置の製造方法

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