CN117545337B - 一种压电衬底结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电衬底结构及其制备方法，压电衬底结构包括：基板、第一沉积层、第二沉积层、压电层和键合反应层；所述键合反应层为不连续的金属氧化物层；所述基板、所述第一沉积层、所述第二沉积层和所述压电层依次层叠设置；所述键合反应层位于所述基板与所述第一沉积层之间；或者，位于所述第一沉积层与所述第二沉积层之间；或者，位于所述第二沉积层与所述压电层之间。本发明可以增加键合界面的附着强度，使得键合强度大于1.5J/m2；还有利于提升波的反射，制备所得的声表面波滤波器，声波损失率小于0.005%，有助于提高器件的稳定性和性能。
Description
技术领域
本发明涉及压电技术领域，尤其涉及一种压电衬底结构及其制备方法。
背景技术
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,则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。压电材料具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。可以通过离子注入、键合、裂片等工艺步骤将压电薄膜转移至异质衬底上，形成复合衬底，但键合界面的附着强度、稳定性是急需解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种压电衬底结构及其制备方法，可以增加键合界面的附着强度，提高器件的稳定性和性能。
根据本发明的一方面，提供了一种压电衬底结构，包括：
基板、第一沉积层、第二沉积层、压电层和键合反应层；键合反应层为不连续的金属氧化物层；基板、第一沉积层、第二沉积层和压电层依次层叠设置；
键合反应层位于基板与第一沉积层之间；或者，位于第一沉积层与第二沉积层之间；或者，位于第二沉积层与压电层之间。
可选的，金属氧化物层由多个金属氧化物纳米颗粒组成；
其中，金属氧化物层沿基板指向压电层的方向的尺寸小于10nm，金属氧化物纳米颗粒沿基板指向压电层的方向的尺寸小于10nm，垂直于基板指向压电层的方向的尺寸小于100nm。
可选的，所有金属氧化物纳米颗粒在基板的垂直投影的覆盖面积大于基板面积的60%。
可选的，金属氧化物纳米颗粒的材料包括氧化钛纳米颗粒、氧化钨纳米颗粒和氧化钽纳米颗粒中的任意一种。
可选的，基板的材料包括单晶硅、蓝宝石、碳化硅、石英、玻璃和尖晶石中的任意一种；
第一沉积层的材料为碳化硅和多晶硅中的任意一种；
第二沉积层的材料为二氧化硅；
压电层的材料包括铌酸锂和钽酸锂中的任意一种。
可选的，基板沿基板指向压电层的方向的尺寸为200-750μm；
第一沉积层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-1000nm；
第二沉积层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-1000nm；
压电层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-2000nm。
根据本发明的另一方面，提供了一种压电衬底结构的制备方法，包括：
提供基板和压电材料层；
在基板上形成第一沉积层，在第一沉积层上形成第二沉积层，将压电材料层和第二沉积层通过键合反应层键合；或者，
在基板上形成第一沉积层，在压电材料层上形成第二沉积层，将第一沉积层和第二沉积层通过键合反应层键合； 或者，
在压电材料层上形成第二沉积层，在第二沉积层上形成第一沉积层，将第一沉积层和基板通过键合反应层键合；
通过热处理压电材料层形成压电层；
其中，键合反应层为不连续的金属氧化物层。
可选的，将压电材料层和第二沉积层通过键合反应层键合，包括：
在压电材料层和第二沉积层中的至少一个表面形成不连续的金属层；
通过不连续的金属层键合压电材料层和第二沉积层；
在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的金属层吸附氧气形成键合反应层；
将第一沉积层和第二沉积层通过键合反应层键合，包括：
在第一沉积层和第二沉积层中的至少一个表面形成不连续的金属层；
通过不连续的金属层键合第一沉积层和第二沉积层；
在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的金属层吸附氧气形成键合反应层；
将第一沉积层和基板通过键合反应层键合，包括：在第一沉积层和基板中的至少一个表面形成不连续的金属层；
通过不连续的金属层键合第一沉积层和基板；
在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的金属层吸附氧气形成键合反应层。
可选的，提供压电材料层包括：
对压电材料子层内部进行离子注入形成压电材料层；压电材料层包括依次层叠的有用层、弱化层和回收层；其中，弱化层为离子注入层，有用层在基板指向第一沉积层的方向的尺寸小于回收层在基板指向第一沉积层的方向的尺寸。
可选的，通过热处理压电材料层形成压电层，包括：
通过热处理使弱化层裂开，保留有用层；
对有用层进行减薄处理，减薄处理后的有用层即为压电层。
本发明实施例技术方案提供的压电衬底结构包括：基板、第一沉积层、第二沉积层、压电层和键合反应层；键合反应层为不连续的金属氧化物层；基板、第一沉积层、第二沉积层和压电层依次层叠设置；键合反应层位于基板与第一沉积层之间；或者，位于第一沉积层与第二沉积层之间；或者，位于第二沉积层与压电层之间。
本发明实施例提供的键合反应层为不连续的金属氧化物层，不连续的金属氧化物层，具有更大的表面能，以增强键合后两个界面之间的附着强度，键合界面经50℃以下低温热处理后，不连续的金属氧化物层形成强键合界面，键合强度大于1.5J/m2。
不连续的金属氧化物层可以使得键合界面更加粗糙，粗糙的键合界面能够将声波约束在压电层中，有利于提升波的反射，制备所得的声表面波滤波器，声波损失率小于0.005%，从而有利于提升器件性能。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例一提供的一种压电衬底的结构示意图。
图2是本发明实施例一提供的又一种压电衬底的结构示意图。
图3是本发明实施例一提供的又一种压电衬底的结构示意图。
图4是本发明实施例二提供的一种压电衬底结构的制备方法的流程图。
图5是图4中步骤120包括的一种细化流程图。
图6是图4中步骤120包括的又一种细化流程图。
图7是图4中步骤120包括的又一种细化流程图。
图8是本发明实施例二提供的一种压电材料层的结构示意图。
图9是本发明实施例二提供的一种形成第一沉积层和第二沉积层的结构示意图。
图10是本发明实施例二提供的一种键合结构的示意图。
图11是本发明实施例二提供的又一种形成第一沉积层的结构示意图。
图12是本发明实施例二提供的又一种形成第二沉积层的结构示意图。
图13是本发明实施例二提供的又一种键合结构的示意图。
图14是本发明实施例二提供的又一种形成第一沉积层和第二沉积层的结构示意图。
图15是本发明实施例二提供的又一种键合结构的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
本发明实施例提供了一种压电衬底结构，图1是本发明实施例一提供的一种压电衬底的结构示意图，图2是本发明实施例一提供的又一种压电衬底的结构示意图，图3是本发明实施例一提供的又一种压电衬底的结构示意图，参考图1-图3，压电衬底结构包括：基板10、第一沉积层20、第二沉积层30、压电层40和键合反应层50；键合反应层50为不连续的金属氧化物层；基板10、第一沉积层20、第二沉积层30和压电层40依次层叠设置。
参考图3，键合反应层50位于基板10与第一沉积层20之间；或者，参考图2，位于第一沉积层20与第二沉积层30之间；或者，参考图1，位于第二沉积层30与压电层40之间。
其中，基板10的材料可以为单晶硅、蓝宝石、碳化硅、石英、玻璃和尖晶石中的任意一种，基板10可以起到支撑的作用。第一沉积层20的材料可以为碳化硅和多晶硅中的任意一种。第二沉积层30的材料可以为二氧化硅；压电层40的材料包括铌酸锂和钽酸锂中的任意一种。键合反应层50的材料为金属氧化物，示例性的可以为氧化钛、氧化钨或氧化钽。键合反应层50为不连续的金属氧化物层，具有更大的表面能，以增强键合后两个界面之间的附着强度，键合界面经50℃以下低温热处理后，不连续的金属氧化物层形成强键合界面，键合强度大于1.5J/m2。不连续的金属氧化物层可以使得键合界面更加粗糙，粗糙的键合界面能够将声波约束在压电层40中，制备所得的声表面波滤波器，声波损失率小于0.005%，从而有利于提升器件性能。
本发明实施例技术方案提供的压电衬底结构包括：基板10、第一沉积层20、第二沉积层30、压电层40和键合反应层50；键合反应层50为不连续的金属氧化物层；基板10、第一沉积层20、第二沉积层30和压电层40依次层叠设置；键合反应层50位于基板10与第一沉积层20之间；或者，位于第一沉积层20与第二沉积层30之间；或者，位于第二沉积层30与压电层40之间。本发明实施例提供的键合反应层50为不连续的金属氧化物层，不连续的金属氧化物层，具有更大的表面能，以增强键合后两个界面之间的附着强度，键合界面经50℃以下低温热处理后，不连续的金属氧化物层形成强键合界面，键合强度大于1.5J/m2。不连续的金属氧化物层可以使得键合界面更加粗糙，粗糙的键合界面能够将声波约束在压电层40中，有利于提升波的反射，制备所得的声表面波滤波器，声波损失率小于0.005%，从而有利于提升器件性能。
可选的，金属氧化物层由多个金属氧化物纳米颗粒组成；其中，金属氧化物层沿基板指向压电层的方向的尺寸小于10nm，金属氧化物纳米颗粒沿基板指向压电层的方向的尺寸小于10nm，垂直于基板指向压电层的方向的尺寸小于100nm。
其中，金属氧化物纳米颗粒沿基板指向压电层的方向的尺寸小于10nm，金属氧化层为单层的金属氧化物纳米颗粒，因此，金属氧化物层沿基板指向压电层的方向的尺寸小于10nm。若金属氧化物纳米颗粒在沿基板指向压电层的方向的尺寸大于或等于10nm，垂直于基板指向压电层的方向的尺寸大于或等于100nm时，纳米颗粒尺寸较大，其表面能降低，对键合界面之间的结合效果降低，导致键合后两个界面之间的附着强度降低；同时也会增加制造成本。因此设置，金属氧化物纳米颗粒沿基板指向压电层的方向的尺寸小于10nm，垂直于基板指向压电层的方向的尺寸小于100nm时，金属氧化物纳米颗粒具有更大的表面能，可以增强键合后两个界面之间的附着强度，键合界面经50℃以下低温热处理后，不连续的金属氧化物层形成强键合界面，键合强度大于1.5J/m2。键合反应层中的金属氧化物纳米颗粒可以使键合界面更粗糙，粗糙的键合界面能够将声波约束在压电层中，有利于提升波的反射，制备所得的声表面波滤波器，声波损失率小于0.005%，从而有利于提升器件性能。
可选的，所有金属氧化物纳米颗粒在基板的垂直投影的覆盖面积大于基板面积的60%。
其中，若所有金属氧化物纳米颗粒在基板的垂直投影的覆盖面积小于基板面积的60%，会减少两个界面之间的附着面积，从而降低附着强度，因此设置所有金属氧化物纳米颗粒在基板的垂直投影的覆盖面积大于基板面积的60%，可以增强键合后两个界面之间的附着强度，更有利于提升器件的稳定性。
可选的，金属氧化物纳米颗粒的材料包括氧化钛纳米颗粒、氧化钨纳米颗粒和氧化钽纳米颗粒中的任意一种。
其中，优选的金属氧化物纳米颗粒可以为氧化钛纳米颗粒。氧化钛纳米颗粒、氧化钨纳米颗粒和氧化钽纳米颗粒的键合强度高，且制备工艺简单。
可选的，基板的材料包括单晶硅、蓝宝石、碳化硅、石英、玻璃和尖晶石中的任意一种；第一沉积层的材料为碳化硅和多晶硅中的任意一种；第二沉积层的材料为二氧化硅；压电层的材料包括铌酸锂和钽酸锂中的任意一种。
其中，基板的材料包括单晶硅、蓝宝石、碳化硅、石英、玻璃和尖晶石中的任意一种，单晶硅、蓝宝石、碳化硅、石英、玻璃和尖晶石的成本较低，制备工艺成熟。第一沉积层的材料为碳化硅和多晶硅中的任意一种，碳化硅和多晶硅的制备工艺成熟。第二沉积层的材料为二氧化硅，二氧化硅的制备工艺成熟。压电层的材料包括铌酸锂和钽酸锂中的任意一种，铌酸锂和坦酸锂是目前用途最广泛的新型无极材料，具备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。由铌酸锂或坦酸锂制备的压电衬底结构具有高频，温度补偿性能好、稳定性好、制造成本低等优势，在射频（RF）、光纤通信和RF滤波器等领域具有无法替代的优势。
可选的，基板沿基板指向压电层的方向的尺寸为200-750μm；第一沉积层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-1000nm；第二沉积层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-1000nm；压电层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-2000nm。
其中，设置基板沿基板指向压电层的方向的尺寸为200-750μm，第一沉积层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-1000nm，第二沉积层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-1000nm，压电层沿基板指向压电层的方向的尺寸为100-2000nm，可以便于器件的集成化，且工艺简单。
实施例二
本发明实施例在上述实施例的基础上提供了一种压电衬底结构的制备方法，图4是本发明实施例二提供的一种压电衬底结构的制备方法的流程图，参考图4，制备方法包括：
S110、提供基板和压电材料层。
其中，基板的材料可以为单晶硅、蓝宝石、碳化硅、石英、玻璃和尖晶石中的任意一种，压电材料层的材料可以为铌酸锂和钽酸锂中的任意一种。压电材料层包括依次层叠的有用层、弱化层和回收层，弱化层位于压电材料层0.3-1.5μm的位置处。
S120、在基板上形成第一沉积层，在第一沉积层上形成第二沉积层，将压电材料层和第二沉积层通过键合反应层键合；或者，在基板上形成第一沉积层，在压电材料层上形成第二沉积层，将第一沉积层和第二沉积层通过键合反应层键合；或者，在压电材料层上形成第二沉积层，在第二沉积层上形成第一沉积层，将第一沉积层和基板通过键合反应层键合。
其中，在基板上先后沉积第一沉积层和第二沉积层；或者，在基板上沉积第一沉积层；在压电材料层上沉积第二沉积层；或者，在压电材料层上先后沉积第二沉积层和第一沉积层。沉积方法包括化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、电子束溅射沉积、磁控溅射、物理溅射或离子沉积。在形成键合反应层之前，需要对待键合的两个表面进行平坦化处理、清洗、粒子轰击，使得待键合的两个表面平整和洁净。不连续的金属氧化物层具有更大的表面能，可以增强键合后两个界面之间的附着强度，键合界面经50℃以下低温热处理后，不连续的金属氧化物层形成强键合界面，键合强度大于1.5J/m2。键合反应层中的金属氧化物纳米颗粒可以使键合界面更粗糙，粗糙的键合界面能够将声波约束在压电层中，有利于提升波的反射，制备所得的声表面波滤波器，声波损失率小于0.005%，从而有利于提升器件性能。
S130、通过热处理压电材料层形成压电层；
其中，热处理的温度为100-300℃，保温时间为10-500min，使得压电材料层形成压电层。
可选的，图5是图4中步骤120包括的一种细化流程图，参考图5，将压电材料层和第二沉积层通过键合反应层键合，包括：
S121、在压电材料层和第二沉积层中的至少一个表面形成不连续的金属层。
其中，在压电材料层和第二沉积层中的至少一个表面沉积不连续的金属层，金属层厚度小于10nm。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。
S122、通过不连续的金属层键合压电材料层和第二沉积层。
其中，在室温真空条件下，通过不连续的金属层将压电材料层和第二沉积层进行接触，实现键合。由于金属层具有大的表面能，金属层可以在两个表面接触时，在室温下迅速发生原子重排、晶格重建，形成中间层，中间层像“双面胶”一样将压电材料层和第二沉积层牢固地附着在一起。键合可以在室温下进行，不需要进行键合过程中的加热工艺，可以降低键合所需要的压力，甚至无需加压，可以简化工艺步骤；在键合前，也可以将待键合两个表面进行粒子轰击，以进一步增加其表面能，从而增强键合后的附着强度。真空环境的绝对气压≤10-3Pa。
S123、在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的金属层吸附氧气形成键合反应层。
其中，对键合后的结构进行低温热处理，使得不连续的金属层吸附氧气，形成金属氧化物层，并且由于应力导致金属层分裂为均布的金属氧化物纳米颗粒，可以得到键合反应层。氧元素的来源为以下的至少一种：待键合表面本身存在的氧元素，待键合表面和空气中氧气反应形成氧化物薄膜中的氧元素，表面吸附空气中的水蒸气中的氧元素。例如，键合表面为二氧化硅、铌酸锂、钽酸锂时，表面本身存在氧元素；键合表面为多晶硅、氮化硅时，会和空气中氧气反应形成氧化物薄膜，或者吸附空气中的水蒸气，从而提供氧元素。为了加快氧化效果，也可以对键合表面进行亲水性处理，使其吸附更多的水蒸气，从而提供充足的氧元素。低温热处理的温度低于50℃，热处理的时间为10-60min，通过控制热处理的温度、时间，可以改变键合反应层中金属氧化物纳米颗粒的尺寸以及覆盖面积。
图6是图4中步骤120包括的又一种细化流程图，参考图6，将第一沉积层和第二沉积层通过键合反应层键合，包括：
S124、在第一沉积层和第二沉积层中的至少一个表面形成不连续的金属层。
其中，在第一沉积层和第二沉积层中的至少一个表面沉积不连续的金属层，金属层厚度小于10nm。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。
S125、通过不连续的金属层键合第一沉积层和第二沉积层。
其中，在室温真空条件下，通过不连续的金属层将第一沉积层和第二沉积层进行接触，实现键合。由于金属层具有大的表面能，金属层可以在两个表面接触时，在室温下迅速发生原子重排、晶格重建，形成中间层，中间层像“双面胶”一样将第一沉积层和第二沉积层牢固地附着在一起。键合可以在室温下进行，不需要进行键合过程中的加热工艺，可以降低键合所需要的压力，甚至无需加压，可以简化工艺步骤；在键合前，也可以将待键合两个表面进行粒子轰击，以进一步增加其表面能，从而增强键合后的附着强度。真空环境的绝对气压≤10-3Pa。
S126、在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的金属层吸附氧气形成键合反应层。
图7是图4中步骤120包括的又一种细化流程图，参考图7，将第一沉积层和基板通过键合反应层键合，包括：
S127、在第一沉积层和基板中的至少一个表面形成不连续的金属层。
其中，在第一沉积层和基板中的至少一个表面沉积不连续的金属层，金属层厚度小于10nm。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。
S128、通过不连续的金属层键合第一沉积层和基板。
其中，在室温真空条件下，通过不连续的金属层将第一沉积层和基板进行接触，实现键合。由于金属层具有大的表面能，金属层可以在两个表面接触时，在室温下迅速发生原子重排、晶格重建，形成中间层，中间层像“双面胶”一样将第一沉积层和基板牢固地附着在一起。键合可以在室温下进行，不需要进行键合过程中的加热工艺，可以降低键合所需要的压力，甚至无需加压，可以简化工艺步骤；在键合前，也可以将待键合两个表面进行粒子轰击，以进一步增加其表面能，从而增强键合后的附着强度。真空环境的绝对气压≤10-3Pa。
S129、在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的金属层吸附氧气形成键合反应层。
可选的，提供压电材料层包括：对压电材料子层内部进行离子注入形成压电材料层；压电材料层包括依次层叠的有用层、弱化层和回收层；其中，弱化层为离子注入层，有用层在基板指向第一沉积层的方向的尺寸小于回收层在基板指向第一沉积层的方向的尺寸。
其中，图8是本发明实施例二提供的一种压电材料层的结构示意图，参考图8，提供压电材料子层，对其一个表面进行离子注入，注入元素为氢（H）和氦（He），在一定深度形成弱化层42，弱化层位于压电材料层0.3-1.5μm的位置处，弱化层42将压电材料层分为有用层41和回收层43，最终形成依次层叠的有用层41、弱化层42和回收层43，即压电材料层。
可选的，通过热处理压电材料层形成压电层，包括：通过热处理使弱化层裂开，保留有用层；对有用层进行减薄处理，减薄处理后的有用层即为压电层。
其中，热处理的温度为100-300℃，保温时间为10-500min，通过热处理使弱化层裂开，保留有用层，回收层可以在进行循环利用，降低工艺成本。
本发明实施例在上述实施例的基础上提供了一种压电衬底的制备方法包括：提供基板和压电材料层，参考图8，压电材料层包括依次层叠的有用层41、弱化层42和回收层43；图9是本发明实施例二提供的一种形成第一沉积层和第二沉积层的结构示意图，参考图9，在基板10上依次沉积第一沉积层20和第二沉积层30；图10是本发明实施例二提供的一种键合结构的示意图，参考图10，在有用层41和第二沉积层30之间形成键合反应层50；对图10中的结构进行热处理，通过热处理使弱化层42裂开，保留有用层41；对有用层41进行减薄处理，减薄处理后的有用层41即为压电层，形成如图1的结构。
本发明实施例在上述实施例的基础上提供了还一种压电衬底的制备方法包括：提供基板和压电材料层，参考图8，压电材料层包括依次层叠的有用层41、弱化层42和回收层43；图11是本发明实施例二提供的一种形成第一沉积层结构示意图，参考图11，在基板10上沉积第一沉积层20；图12是本发明实施例二提供的又一种形成第二沉积层的结构示意图，参考图12，在有用层41上形成第二沉积层30；图13是本发明实施例二提供的又一种键合结构的示意图，参考图13，在第二沉积层30和第一沉积层20之间形成键合反应层50；对图13中的结构进行热处理，通过热处理使弱化层42裂开，保留有用层41；对有用层41进行减薄处理，减薄处理后的有用层41即为压电层，形成如图2的结构。
本发明实施例在上述实施例的基础上提供了一种压电衬底的制备方法包括：提供基板和压电材料层，参考图8，压电材料层包括依次层叠的有用层41、弱化层42和回收层43；图14是本发明实施例二提供的又一种形成第一沉积层和第二沉积层的结构示意图，参考图14，在有用层41上依次沉积第二沉积层30和第一沉积层20；图15是本发明实施例二提供的又一种键合结构的示意图，参考图15，在基板10和第一沉积层20之间形成键合反应层50；对图15中的结构进行热处理，通过热处理使弱化层42裂开，保留有用层41；对有用层41进行减薄处理，减薄处理后的有用层41即为压电层，形成如图3的结构。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种压电衬底结构，其特征在于，包括：
基板、第一沉积层、第二沉积层、压电层和键合反应层；所述键合反应层为不连续的金属氧化物层；所述基板、所述第一沉积层、所述第二沉积层和所述压电层依次层叠设置；
所述键合反应层位于所述基板与所述第一沉积层之间；或者，位于所述第一沉积层与所述第二沉积层之间；或者，位于所述第二沉积层与所述压电层之间；
所述金属氧化物层由多个金属氧化物纳米颗粒组成；
其中，所述金属氧化物层沿所述基板指向所述压电层的方向的尺寸小于10nm，所述金属氧化物纳米颗粒沿所述基板指向所述压电层的方向的尺寸小于10nm，垂直于所述基板指向所述压电层的方向的尺寸小于100nm。
2.根据权利要求1所述的压电衬底结构，其特征在于：
所有所述金属氧化物纳米颗粒在所述基板的垂直投影的覆盖面积大于所述基板面积的60%。
3.根据权利要求1所述的压电衬底结构，其特征在于：
所述金属氧化物纳米颗粒的材料包括氧化钛纳米颗粒、氧化钨纳米颗粒和氧化钽纳米颗粒中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的压电衬底结构，其特征在于：
所述基板的材料包括单晶硅、蓝宝石、碳化硅、石英、玻璃和尖晶石中的任意一种；
所述第一沉积层的材料为碳化硅和多晶硅中的任意一种；
所述第二沉积层的材料为二氧化硅；
所述压电层的材料包括铌酸锂和钽酸锂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的压电衬底结构，其特征在于：
所述基板沿所述基板指向所述压电层的方向的尺寸为200-750μm；
所述第一沉积层沿所述基板指向所述压电层的方向的尺寸为100-1000nm；
所述第二沉积层沿所述基板指向所述压电层的方向的尺寸为100-1000nm；
所述压电层沿所述基板指向所述压电层的方向的尺寸为100-2000nm。
6.一种压电衬底结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供基板和压电材料层；
在所述基板上形成第一沉积层，在所述第一沉积层上形成第二沉积层，将所述压电材料层和所述第二沉积层通过键合反应层键合；或者，
在所述基板上形成第一沉积层，在所述压电材料层上形成第二沉积层，将所述第一沉积层和所述第二沉积层通过键合反应层键合；或者，
在所述压电材料层上形成第二沉积层，在所述第二沉积层上形成第一沉积层，将所述第一沉积层和所述基板通过键合反应层键合；
通过热处理所述压电材料层形成压电层；
其中，所述键合反应层为不连续的金属氧化物层。
7.根据权利要求6所述的压电衬底结构的制备方法，其特征在于，将所述压电材料层和所述第二沉积层通过键合反应层键合，包括：
在所述压电材料层和所述第二沉积层中的至少一个表面形成不连续的金属层；
通过不连续的所述金属层键合所述压电材料层和所述第二沉积层；
在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的所述金属层吸附氧气形成键合反应层；
将所述第一沉积层和所述第二沉积层通过键合反应层键合，包括：
在所述第一沉积层和所述第二沉积层中的至少一个表面形成不连续的金属层；
通过不连续的所述金属层键合所述第一沉积层和所述第二沉积层；
在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的所述金属层吸附氧气形成键合反应层；
将所述第一沉积层和所述基板通过键合反应层键合，包括：在所述第一沉积层和所述基板中的至少一个表面形成不连续的金属层；
通过不连续的所述金属层键合所述第一沉积层和所述基板；
在温度低于50℃的条件下进行热处理，使得不连续的所述金属层吸附氧气形成键合反应层。
8.根据权利要求6所述的压电衬底结构的制备方法，其特征在于，提供压电材料层包括：
对压电材料子层内部进行离子注入形成压电材料层；所述压电材料层包括依次层叠的有用层、弱化层和回收层；其中，所述弱化层为离子注入层，所述有用层在所述基板指向所述第一沉积层的方向的尺寸小于所述回收层在所述基板指向所述第一沉积层的方向的尺寸。
9.根据权利要求8所述的压电衬底结构的制备方法，其特征在于，通过热处理所述压电材料层形成压电层，包括：
通过热处理使所述弱化层裂开，保留所述有用层；
对所述有用层进行减薄处理，减薄处理后的所述有用层即为压电层。
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