CN117750868A - 一种复合压电衬底及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合压电衬底及其制备方法。该复合压电衬底包括：层叠设置的支撑基板、辅助键合层和压电材料层；辅助键合层与压电材料层键合连接；压电材料层的材料包括铌酸锂或钽酸锂；支撑基板的材料包括采用化学气相沉积法制备的多晶碳化硅，支撑基板内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围；其中，预设长度比为多晶碳化硅晶粒平行于支撑基板的厚度方向的长度与多晶碳化硅晶粒平行于支撑基板的延伸方向的长度之间的比值。本发明实施例的技术方案可在保证压电器件具有较高Q值的情况下，降低支撑基板的加工难度和成本。

Description

一种复合压电衬底及其制备方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合压电衬底及其制备方法。

背景技术

压电材料基于压电效应，可实现机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。压电效应的原理是在对压电材料施加压力时，会产生电位差，此为正压电效应；对压电材料施加电压时，则会产生机械应力，此为逆压电效应。

目前，应用最为广泛的新型无机材料中的铌酸锂和钽酸锂，是性能优异的压电换能材料。现有技术中采用铌酸锂或钽酸锂作为压电材料层的复合压电衬底，其采用的支撑基板的材料多为单晶碳化硅。虽然单晶碳化硅具有高声速和高热导率，且由此制备的器件可实现较高的品质因数（quality factor，以下简称为Q值）和功率，但单晶碳化硅的生长速度缓慢且加工难度大，导致支撑基板的成本过高。

发明内容

本发明提供一种复合压电衬底及其制备方法，以在保证压电器件具有较高Q值的情况下，降低支撑基板的加工难度和成本。

根据本发明的一方面，提供了一种复合压电衬底，包括：层叠设置的支撑基板、辅助键合层和压电材料层；

所述辅助键合层与所述压电材料层键合连接；

所述压电材料层的材料包括铌酸锂或钽酸锂；

所述支撑基板的材料包括采用化学气相沉积法制备的多晶碳化硅，所述支撑基板内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围；

其中，所述预设长度比为所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的厚度方向的长度与所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的延伸方向的长度之间的比值。

可选地，所述多晶碳化硅的晶型包括3C多晶型；

所述多晶碳化硅晶粒的所述预设长度比小于或等于3。

可选地，所述多晶碳化硅晶粒的所述预设取向包括沿所述支撑基板的厚度方向的<110>取向和<111>取向；所述预设取向的晶粒占比之差为所述<110>取向的晶粒数量占比与所述<111>取向的晶粒数量占比的差值；

所述预设取向的晶粒占比之差小于15%。

可选地，所述多晶碳化硅晶粒的所述预设尺寸范围包括1～10μm。

可选地，所述支撑基板的厚度范围包括200～750μm，所述辅助键合层的厚度范围包括0.1～1μm，所述压电材料层的厚度范围包括100～2000μm。

可选地，所述辅助键合层的材料包括二氧化硅。

可选地，该复合压电衬底还包括：电子捕获层；

所述电子捕获层设置于所述支撑基板与所述辅助键合层之间；

所述电子捕获层的材料包括多晶硅或者非晶硅，所述电子捕获层的厚度范围包括0.1～1.5μm。

根据本发明的另一方面，提供了一种复合压电衬底制备方法，包括：

提供一压电材料供体和一支撑基板；

在所述支撑基板的表面和/或所述压电材料供体的表面形成辅助键合层；

将所述压电材料供体的第一待键合面与所述支撑基板的第二待键合面进行键合与热处理，形成所述支撑基板、所述辅助键合层和压电材料层层叠设置的复合压电衬底；

其中，所述压电材料层的材料包括铌酸锂或钽酸锂，所述支撑基板的材料包括采用化学气相沉积法制备的多晶碳化硅，所述支撑基板内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围；所述预设长度比为所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的厚度方向的长度与所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的延伸方向的长度之间的比值。

可选地，所述将所述压电材料供体的第一待键合面与所述支撑基板的第二待键合面进行键合与热处理，形成所述支撑基板、所述辅助键合层和压电材料层层叠设置的复合压电衬底，包括：

对所述压电材料供体的所述第一待键合面进行离子注入，以在所述第一待键合面靠近所述压电材料供体的一侧形成压电材料层；其中，所述压电材料层具有预设深度，且所述预设深度小于所述压电材料供体的厚度，所述压电材料供体包括所述压电材料层和回收层；

将所述压电材料供体的所述第一待键合面与所述支撑基板的所述第二待键合面进行键合，形成初始复合压电衬底；

对所述初始复合压电衬底进行热处理，将所述初始复合压电衬底沿所述压电材料层与所述回收层之间的交界裂开，以使所述压电材料层与所述初始复合压电衬底形成所述复合压电衬底；其中，所述回收层作为下一制备过程的所述压电材料供体再利用。

可选地，所述在所述支撑基板的表面和/或所述压电材料供体的表面形成辅助键合层，包括：

在所述支撑基板的表面形成电子捕获层，并在所述电子捕获层远离所述支撑基板的一侧表面和所述压电材料供体的表面形成所述辅助键合层；

或者，

在所述压电材料供体的表面形成所述辅助键合层，并在所述支撑基板的表面和所述辅助键合层远离所述压电材料供体的一侧表面均形成电子捕获层；其中，对所述压电材料供体的所述第一待键合面进行离子注入的步骤穿插于形成所述辅助键合层与形成所述电子捕获层之间。

本发明实施例提供的复合压电衬底包括层叠设置的支撑基板、辅助键合层和压电材料层。其中，压电材料层的材料包括铌酸锂或钽酸锂。辅助键合层与压电材料层键合连接，以增强支撑基板与压电材料层之间的结合强度。相比于相关技术中采用单晶碳化硅作为支撑基板，本发明实施例采用多晶碳化硅作为支撑基板，支撑基板内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比和预设取向的晶粒占比之差，可提高支撑基板的电阻率，从而有利于提高机电耦合系数（K2）和Q值，提升压电器件的性能。此外，支撑基板内部的多晶碳化硅晶粒还具有预设尺寸范围，可使复合压电衬底保持较高的热导率，有利于降低由本发明实施例提供的复合压电衬底制备的压电器件的频率温度系数的绝对值，进而提高压电器件的性能。本发明实施例采用化学气相沉积法制备多晶碳化硅，其生长速度快，从而可快速得到支撑基板。并且采用CVD法制备多晶碳化硅的加工难度较低，可有效降低支撑基板的制备成本。

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是根据本发明实施例提供的一种复合压电衬底的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的又一种复合压电衬底的结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法的流程示意图；

图4是根据本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中各步骤对应的结构示意图；

图5是根据本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中步骤S130的具体流程示意图；

图6是根据本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中步骤S130对应的具体结构示意图；

图7是根据本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中步骤S120对应的具体结构示意图；

图8是根据本发明实施例提供的又一种复合压电衬底制备方法中步骤S120对应的具体结构示意图。

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。

本发明实施例提供了一种复合压电衬底。图1为本发明实施例提供的一种复合压电衬底的结构示意图。如图1所示，该复合压电衬底包括：层叠设置的支撑基板10、辅助键合层20和压电材料层30。

辅助键合层20与压电材料层30键合连接；压电材料层30的材料包括铌酸锂或钽酸锂。

支撑基板10的材料包括采用化学气相沉积法制备的多晶碳化硅，支撑基板10内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围；其中，预设长度比为多晶碳化硅的晶粒平行于支撑基板10的厚度方向的长度与多晶碳化硅平行于支撑基板10的延伸方向的长度之间的比值。

示例性地，压电材料层30的材料多采用铌酸锂或钽酸锂，铌酸锂和钽酸锂是目前应用最广泛的新型无机材料，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，被广泛应用于谐振器、滤波器和换能器等电子通讯器件以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和大功率耐高温超声换能器等。相比于采用压电晶体制备的压电衬底，采用铌酸锂或钽酸锂制备的压电衬底，具有高频、温度补偿性能好、稳定性好和制造成本低等优势，在射频、光纤通信以及射频滤波器等领域具有无法替代的优势。

在支撑基板10与压电材料层30之间设置的辅助键合层20，可与压电材料层30实现良好的键合连接。示例性地，辅助键合层20的材料包括二氧化硅。二氧化硅可与压电材料层30实现亲水键合，从而增强支撑基板10与压电材料层30之间的结合强度，并且对压电器件具有一定的温度补偿效应。

支撑基板10作为整个复合压电衬底的基底，用于支撑复合压电衬底中的其他膜层。相比于相关技术中采用单晶碳化硅作为复合压电衬底中的支撑基板，本发明实施例采用多晶碳化硅作为复合压电衬底中的支撑基板。通过采用化学气相沉积（Chemical VaporDeposition，CVD）法生长多晶碳化硅，多晶碳化硅的生长速度大于单晶碳化硅的生长速度，因此，可快速得到材料为多晶碳化硅的支撑基板10，并且制备难度低，可有效降低支撑基板10的制备成本。

在本发明实施例中，采用CVD法制备的多晶碳化硅膜层的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比以及预设取向的晶粒占比之差，相比于常规的多晶碳化硅，本发明实施例提供的多晶碳化硅膜层可提高电阻率，从而有利于提高机电耦合系数（K2）和Q值，提升压电器件的性能。示例性地，本发明实施例提供的多晶碳化硅作为支撑基板10，其电阻率可达1000Ω·cm以上，相比于常规的多晶碳化硅可高出1～3个数量级。此外，CVD法生长的多晶碳化硅晶粒还具有预设尺寸范围，可使复合压电衬底保持较高的热导率，从而有利于降低由复合压电衬底制备的压电器件的频率温度系数的绝对值。

本发明实施例提供的复合压电衬底包括层叠设置的支撑基板10、辅助键合层20和压电材料层30。其中，压电材料层30的材料包括铌酸锂或钽酸锂。辅助键合层20与压电材料层30键合连接，以增强支撑基板10与压电材料层30之间的结合强度。相比于相关技术中采用单晶碳化硅作为支撑基板，本发明实施例采用多晶碳化硅作为支撑基板10，支撑基板10内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比和预设取向的晶粒占比之差，可提高支撑基板10的电阻率，从而有利于提高机电耦合系数（K2）和Q值，提升压电器件的性能。此外，支撑基板10内部的多晶碳化硅晶粒还具有预设尺寸范围，可使复合压电衬底保持较高的热导率，有利于降低由本发明实施例提供的复合压电衬底制备的压电器件的频率温度系数的绝对值，进而提高压电器件的性能。本发明实施例采用化学气相沉积法制备多晶碳化硅，其生长速度快，从而可快速得到支撑基板10。并且采用CVD法制备多晶碳化硅的加工难度较低，可有效降低支撑基板10的制备成本。

可选地，在上述实施例的基础上，继续参见图1，多晶碳化硅的晶型包括3C多晶型；多晶碳化硅晶粒的预设长度比小于或等于3。

示例性地，采用CVD法制备的多晶碳化硅为3C多晶型的多晶碳化硅，相比于制备4H或6H晶型的单晶碳化硅，多晶碳化硅的生长速度快，且制备工艺的难度低，可大大降低制备成本。在采用CVD法生长3C多晶型多晶碳化硅的过程中，选用的基材应具有3C多晶型多晶碳化硅可在该基材形核并生长的功能，示例性地，基材可选用石墨、硅或氧化硅等，在此不作限制。优选的，本实施例可采用石墨作为CVD法生长3C多晶型多晶碳化硅的基材，制备成本低且易于加工。CVD法制备多晶碳化硅采用的气体原料可以包括两种气体，分别为仅包含硅元素的气体和仅包含碳元素的气体，或者也可以是同时包含硅元素和碳元素的一种气体，在此不作限制。然而，采用仅包含硅元素的气体和仅包含碳元素的气体作为气体原料，相比于采用同时包含硅元素和碳元素的一种气体作为气体原料，可降低压电器件的漏电流。优选的，本实施例采用三氯甲基硅烷作为气体原料，其同时包含硅元素和碳元素。CVD过程中采用的稀释气体可以包括氢气或者氩气，优选的，本实施例中采用氢气作为稀释气体。在CVD法制备多晶碳化硅的过程中，将金属钒预先放置于沉积炉内，在高温下形成蒸汽并掺杂进入碳化硅。其中，沉积温度范围可以包括1050～1300℃，沉积压力范围可以包括600～4000Pa。若沉积温度过高和/或沉积压力过大，则采用该复合压电衬底制备的压电器件的漏电流较大，影响压电器件的性能。沉积获得的多晶碳化硅样品经环切、去除石墨、表面研磨和抛光后，即可得到3C多晶型多晶碳化硅的支撑基板10。

多晶碳化硅晶粒的预设长度比，即多晶碳化硅晶粒平行于支撑基板10厚度方向的长度，与多晶碳化硅晶粒平行于支撑基板10延伸方向的长度的比值。将多晶碳化硅晶粒的预设长度比设置为小于或等于3，且晶粒的尺寸小于10微米，可使在平行于支撑基板10的平面方向出现较多晶界，电子在沿支撑基板10的厚度方向移动时可发生大量散射，且移动路径较短，从而使得3C多晶型多晶碳化硅的支撑基板10呈现较高的电阻率。

可选地，在上述各实施例的基础上，继续参见图1，多晶碳化硅晶粒的预设取向包括沿支撑基板10的厚度方向的<110>取向和<111>取向；预设取向的晶粒占比之差为<110>取向的晶粒数量占比与<111>取向的晶粒数量占比的差值；预设取向的晶粒占比之差小于15%。

示例性地，采用CVD法生长多晶碳化硅晶粒得到支撑基板10，晶粒沿支撑基板10的厚度方向的生长取向主要包括晶面指数为<110>和<111>的取向。在整个支撑基板10中，可分别计算得到生长取向为<110>的晶粒数量与总晶粒数量的比值，以及生长取向为<111>的晶粒数量与总晶粒数量的比值。对两个比值进行作差，取差值的绝对值即可得到预设取向的晶粒占比之差。示例性地，将预设取向的晶粒占比之差设置为小于15%，即生长取向为<110>的晶粒数量的占比与生长取向为<111>的晶粒数量的占比接近，晶粒取向倾向于无序，使得晶界呈现更大厚度，以释放不同晶粒之间的取向差异造成的晶格匹配差异，从而导致电子在流经晶界时发生较强烈的散射，提高电阻率，进而提高机电耦合系数（K2）和Q值，提升压电器件的性能。

可选地，在上述各实施例的基础上，多晶碳化硅晶粒的预设尺寸范围包括1～10μm。

示例性地，较小的晶粒尺寸有利于进一步提高电阻率，但晶粒尺寸越小，越接近3C多晶型多晶碳化硅的最大平均自由程，使得支撑基板10的热导率快速下降。因此，将多晶碳化硅晶粒的预设尺寸范围设置为小于10μm且大于1μm，使复合压电衬底的热导率保持在大于200W/(m·K)的水平，从而可有效减小制备的压电器件的频率温度系数的绝对值。

本实施例提供的复合压电衬底，通过采用CVD法制备多晶碳化硅作为支撑基板，可快速生长得到多晶碳化硅，制备难度低，可有效降低支撑基板的制备成本。并且制备的多晶碳化硅的晶粒满足预设长度比、预设取向的晶粒占比之差以及预设尺寸范围，可提高电阻率，从而有利于提高机电耦合系数（K2）和Q值，并使复合压电衬底保持较高的热导率，有利于降低压电器件的频率温度系数的绝对值。

可选地，在上述各实施例的基础上，继续参见图1，支撑基板10的厚度范围包括200～750μm，辅助键合层20的厚度范围包括0.1～1μm，压电材料层30的厚度范围包括100～2000μm。

示例性地，若支撑基板10的厚度过小，则可能无法满足多晶碳化硅晶粒达到预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和/或预设尺寸范围，影响复合压电衬底制备的压电器件的性能；若支撑基板10的厚度过大，虽可改善压电器件的性能，但可能导致复合压电衬底过厚，进而导致压电器件的体积较大，不利于实现器件小型化。若辅助键合层20的厚度过小，可能使压电材料层30与支撑基板10之间的结合强度较小；若辅助键合层20的厚度过大，会导致复合压电衬底过厚，不利于实现器件小型化。若压电材料层30的厚度过小，则可能影响制备的压电器件的性能；若压电材料层30的厚度过大，则不利于实现器件小型化。

可选地，图2是本发明实施例提供的又一种复合压电衬底的结构示意图。在上述各实施例的基础上，如图2所示，该复合压电衬底还包括：电子捕获层40。

电子捕获层40设置于支撑基板10与辅助键合层20之间；电子捕获层40的材料包括多晶硅或者非晶硅，电子捕获层40的厚度范围包括0.1～1.5μm。

示例性地，在支撑基板10与辅助键合层20之间设置电子捕获层40，可捕获复合压电衬底中的电子，提高复合压电衬底的电阻率，从而有利于提高机电耦合系数和Q值，有利于提升压电器件性能。若电子捕获层40的厚度过小，则可能无法有效提高机电耦合系数和Q值；若电子捕获层40的厚度过大，则不利于实现器件小型化。

本实施例提供的复合压电衬底，通过在支撑基板与辅助键合层之间增加一电子捕获层，可提高复合压电衬底的电阻率，有利于提高机电耦合系数和Q值，进而提升压电器件的性能。

基于上述各实施例提供的复合压电衬底的技术特征，以下实施例提供实验组和对照组进行对比，以说明上述各实施例提供的技术特征对复合压电衬底的性能的影响。

一个可实现的实施例，包括2个实验组和3个对照组。

其中，在实验组1提供的复合压电衬底中，采用的压电材料层的材料为铌酸锂，支撑基板为3C多晶型多晶碳化硅，多晶碳化硅晶粒的预设长度比为2.5，预设取向的晶粒占比之差为14%，多晶碳化硅晶粒的平均尺寸为7μm。设置有电子捕获层，电子捕获层的材料为多晶硅，厚度为0.2μm。支撑基板的电阻率为1500Ω·cm，热导率为200W/(m·K)。

在实验组2提供的复合压电衬底中，与实验组1提供的复合压电衬底的区别在于，未设置电子捕获层。其余特征均与实验组1相同。

在对照组1提供的复合压电衬底中，与实验组2提供的复合压电衬底的区别在于，多晶碳化硅晶粒的预设长度比为4，支撑基板的电阻率为700Ω·cm。其余特征均与实验组2相同。

在对照组2提供的复合压电衬底中，与实验组2提供的复合压电衬底的区别在于，多晶碳化硅晶粒的预设取向的晶粒占比之差为27%，支撑基板的电阻率为680Ω·cm。其余特征均与实验组2相同。

在对照组3提供的复合压电衬底中，与实验组2提供的复合压电衬底的区别在于，多晶碳化硅晶粒的平均尺寸为0.8μm，热导率为170W/(m·K)。其余特征均与实验组2相同。

采用上述实验组和对照组提供的复合压电衬底制备的声表面滤波器的性能结果如下：

在实验组1中，声表面滤波器的机电耦合系数为27%，Q值为1980，频率温度系数为-12ppm/K；

在实验组2中，声表面滤波器的机电耦合系数为25%，Q值为1910，频率温度系数为-12ppm/K；

在对照组1中，声表面滤波器的机电耦合系数为19%，Q值为1780，频率温度系数为-12ppm/K；

在对照组2中，声表面滤波器的机电耦合系数为18%，Q值为1760，频率温度系数为-12ppm/K；

在对照组3中，声表面滤波器的机电耦合系数为25%，Q值为1910，频率温度系数为-25ppm/K。

由此可见，由实验组1和实验组2可知，通过增加电子捕获层，提高机电耦合系数和Q值，进而有利于提升压电器件的性能；由实验组2和对照组1可知，若多晶碳化硅晶粒的预设长度比大于3，导致支撑基板的电阻率降低，从而导致机电耦合系数和Q值的减小，不利于提升压电器件的性能；由实验组2和对照组2可知，若多晶碳化硅晶粒的预设取向的晶粒占比之差大于15%，也会导致支撑基板的电阻率降低，进而导致机电耦合系数和Q值的减小，不利于提升压电器件的性能；由实验组2和对照组3可知，若多晶碳化硅晶粒的平均尺寸过小，导致支撑基板的热导率快速下降，从而导致频率温度系数的绝对值增大，影响压电器件的性能。

本发明实施例还提供了一种复合压电衬底制备方法。图3是本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法的流程示意图，图4是本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中各步骤对应的结构示意图。结合图3和图4，该复合压电衬底制备方法，包括：

S110、提供一压电材料供体200和一支撑基板1。

示例性地，分别提供单独的压电材料供体和支撑基板。其中，压电材料供体用于制备压电材料层，支撑基板的材料是采用CVD法制备的多晶碳化硅。

S120、在支撑基板1的表面和/或压电材料供体200的表面形成辅助键合层4。

示例性地，在支撑基板的表面和/或压电材料供体的表面沉积一层辅助键合材料，从而在支撑基板与压电材料供体之间形成辅助键合层。在本发明实施例中，图4示出了在支撑基板表面沉积形成辅助键合层的情况。

S130、将压电材料供体200的第一待键合面与支撑基板1的第二待键合面进行键合与热处理，形成支撑基板1、辅助键合层4和压电材料层2层叠设置的复合压电衬底。

其中，压电材料层2包括铌酸锂或钽酸锂，支撑基板1的材料包括采用化学气相沉积法制备的多晶碳化硅，支撑基板1内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围；预设长度比为多晶碳化硅晶粒平行于支撑基板1的厚度方向的长度与多晶碳化硅晶粒平行于支撑基板1的延伸方向的长度之间的比值。

示例性地，将压电材料供体的第一待键合面与支撑基板的第二待键合面接触，进行键合，并对键合后的结构进行热处理，从而使压电材料供体中的压电材料层与辅助键合层、支撑基板形成层叠设置的复合压电衬底。其中，若压电材料供体的一侧表面沉积有辅助键合层，则第一待键合面为辅助键合层远离压电材料供体的一侧表面；若压电材料供体的表面未沉积辅助键合层，则第一待键合面为压电材料供体的一侧表面。同样地，若支撑基板的一侧表面沉积有辅助键合层，则第二待键合面为辅助键合层远离支撑基板的一侧表面；若支撑基板的表面未沉积辅助键合层，则第二待键合面为支撑基板的一侧表面，在此不作限制。

本发明实施例提供的复合压电衬底制备方法，通过采用CVD法制得多晶碳化硅作为支撑基板，且多晶碳化硅晶粒满足预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围，相比于相关技术中采用单晶碳化硅作为支撑基板，本发明实施例制备复合压电衬底的加工难度较低，可有效降低支撑基板的制备成本。此外，本发明实施例制备的复合压电衬底，可提高支撑基板的电阻率，有利于提高机电耦合系数（K2）和Q值，从而提升压电器件的性能；并且可使复合压电衬底保持较高的热导率，有利于降低由本发明实施例提供的复合压电衬底制备的压电器件的频率温度系数的绝对值，进而提高压电器件的性能。

可选地，图5是本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中步骤S130的具体流程示意图，图6是本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中步骤S130对应的具体结构示意图。在上述实施例的基础上，结合图5和图6，步骤S130中的将压电材料供体的第一待键合面与支撑基板的第二待键合面进行键合与热处理，形成支撑基板、辅助键合层和压电材料层层叠设置的复合压电衬底，具体包括如下步骤：

S131、对压电材料供体200的第一待键合面进行离子注入，以在第一待键合面靠近压电材料供体200的一侧形成压电材料层2；其中，压电材料层2具有预设深度，且预设深度小于压电材料供体200的厚度，压电材料供体200包括压电材料层2和回收层201。

示例性地，采用氢元素和/或氦元素，对压电材料供体的第一待键合面进行离子注入，从而在压电材料供体内形成具有预设深度的压电材料层。而压电材料供体中未注入离子的部分作为回收层。示例性地，压电材料层的预设深度范围可以为0.3～2μm。

S132、将压电材料供体200的第一待键合面与支撑基板1的第二待键合面进行键合，形成初始复合压电衬底300。

示例性地，可以对压电材料供体进行离子注入的第一待键合面与支撑基板的第二待键合面在真空环境下进行粒子轰击，进一步增加两个表面的表面能，从而有利于增强键合后的附着强度。其中，真空环境的绝对气压可以小于或等于10^-3Pa。在进行粒子轰击之后，将压电材料供体进行离子注入的第一待键合面与支撑基板的第二待键合面进行键合，以得到初始复合压电衬底的整体结构。

S133、对初始复合压电衬底300进行热处理，将初始复合压电衬底300沿压电材料层2与回收层201之间的交界裂开，以使压电材料层2与初始复合压电衬底300形成复合压电衬底400；其中，回收层201作为下一制备过程的压电材料供体再利用。

示例性地，对得到的初始复合压电衬底的整体结构进行热处理，使得压电材料层与回收层分离开，即回收层脱离于整体结构，从而得到脱离掉回收层的剩余结构的复合压电衬底。示例性地，热处理的温度范围可以为100～300℃，保温时间可以为10～500分钟。

可选地，图7是本发明实施例提供的一种复合压电衬底制备方法中步骤S120对应的具体结构示意图，图8是本发明实施例提供的又一种复合压电衬底制备方法中步骤S120对应的具体结构示意图。在上述各实施例的基础上，结合图7和图8，步骤S120中的在支撑基板的表面和/或压电材料供体的表面形成辅助键合层，具体包括如下步骤：

在支撑基板1的表面形成电子捕获层3，并在电子捕获层3远离支撑基板1的一侧表面和压电材料供体200的表面形成辅助键合层4；

或者，

在压电材料供体200的表面形成辅助键合层4，并在支撑基板1的表面和辅助键合层4远离压电材料供体200的一侧表面均形成电子捕获层3；其中，对压电材料供体200的第一待键合面进行离子注入的步骤穿插于形成辅助键合层4与形成电子捕获层3之间。

示例性地，可以在支撑基板的一侧表面沉积多晶硅或者非晶硅材料，也可以在压电材料供体的一侧表面和支撑基板的一侧表面均沉积多晶硅或者非晶硅材料，从而形成电子捕获层。此外，可以仅在电子捕获层远离支撑基板的一侧表面沉积辅助键合材料，也可仅在压电材料供体的一侧表面沉积辅助键合材料，或者也可以在电子捕获层远离支撑基板的一侧表面和压电材料供体的一侧表面均沉积辅助键合材料，从而形成辅助键合层。示例性地，辅助键合材料可以为二氧化硅，沉积方法可以包括电子束溅射沉积、磁控溅射、物理溅射和离子沉积中的任意一种，在此不作限制。其中，图7示出了在支撑基板的一侧表面形成电子捕获层，并在电子捕获层远离支撑基板的一侧表面和压电材料供体的一侧表面均沉积辅助键合材料形成辅助键合层的情况；图8示出了在压电材料供体的一侧表面形成辅助键合层，并在压电材料供体的一侧表面和支撑基板的一侧表面均形成电子捕获层的情况。

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 (10)

1.一种复合压电衬底，其特征在于，包括：层叠设置的支撑基板、辅助键合层和压电材料层；

所述辅助键合层与所述压电材料层键合连接；

所述压电材料层的材料包括铌酸锂或钽酸锂；

所述支撑基板的材料包括采用化学气相沉积法制备的多晶碳化硅，所述支撑基板内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围；

其中，所述预设长度比为所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的厚度方向的长度与所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的延伸方向的长度之间的比值。

2.根据权利要求1所述的复合压电衬底，其特征在于，所述多晶碳化硅的晶型包括3C多晶型；

所述多晶碳化硅晶粒的所述预设长度比小于或等于3。

3.根据权利要求1所述的复合压电衬底，其特征在于，

所述多晶碳化硅晶粒的所述预设取向包括沿所述支撑基板的厚度方向的<110>取向和<111>取向；所述预设取向的晶粒占比之差为所述<110>取向的晶粒数量占比与所述<111>取向的晶粒数量占比的差值；

所述预设取向的晶粒占比之差小于15%。

4.根据权利要求1所述的复合压电衬底，其特征在于，所述多晶碳化硅晶粒的所述预设尺寸范围包括1～10μm。

5.根据权利要求1所述的复合压电衬底，其特征在于，所述支撑基板的厚度范围包括200～750μm，所述辅助键合层的厚度范围包括0.1～1μm，所述压电材料层的厚度范围包括100～2000μm。

6.根据权利要求5所述的复合压电衬底，其特征在于，所述辅助键合层的材料包括二氧化硅。

7.根据权利要求1所述的复合压电衬底，其特征在于，还包括：电子捕获层；

所述电子捕获层设置于所述支撑基板与所述辅助键合层之间；

所述电子捕获层的材料包括多晶硅或者非晶硅，所述电子捕获层的厚度范围包括0.1～1.5μm。

8.一种复合压电衬底制备方法，其特征在于，包括：

提供一压电材料供体和一支撑基板；

在所述支撑基板的表面和/或所述压电材料供体的表面形成辅助键合层；

将所述压电材料供体的第一待键合面与所述支撑基板的第二待键合面进行键合与热处理，形成所述支撑基板、所述辅助键合层和压电材料层层叠设置的复合压电衬底；

其中，所述压电材料层的材料包括铌酸锂或钽酸锂，所述支撑基板的材料包括采用化学气相沉积法制备的多晶碳化硅，所述支撑基板内部的多晶碳化硅晶粒具有预设长度比、预设取向的晶粒占比之差和预设尺寸范围；所述预设长度比为所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的厚度方向的长度与所述多晶碳化硅晶粒平行于所述支撑基板的延伸方向的长度之间的比值。

9.根据权利要求8所述的复合压电衬底制备方法，其特征在于，所述将所述压电材料供体的第一待键合面与所述支撑基板的第二待键合面进行键合与热处理，形成所述支撑基板、所述辅助键合层和压电材料层层叠设置的复合压电衬底，包括：

对所述压电材料供体的所述第一待键合面进行离子注入，以在所述第一待键合面靠近所述压电材料供体的一侧形成压电材料层；其中，所述压电材料层具有预设深度，且所述预设深度小于所述压电材料供体的厚度，所述压电材料供体包括所述压电材料层和回收层；

将所述压电材料供体的所述第一待键合面与所述支撑基板的所述第二待键合面进行键合，形成初始复合压电衬底；

对所述初始复合压电衬底进行热处理，将所述初始复合压电衬底沿所述压电材料层与所述回收层之间的交界裂开，以使所述压电材料层与所述初始复合压电衬底形成所述复合压电衬底；其中，所述回收层作为下一制备过程的所述压电材料供体再利用。

10.根据权利要求9所述的复合压电衬底制备方法，其特征在于，所述在所述支撑基板的表面和/或所述压电材料供体的表面形成辅助键合层，包括：

在所述支撑基板的表面形成电子捕获层，并在所述电子捕获层远离所述支撑基板的一侧表面和所述压电材料供体的表面形成所述辅助键合层；

或者，

在所述压电材料供体的表面形成所述辅助键合层，并在所述支撑基板的表面和所述辅助键合层远离所述压电材料供体的一侧表面均形成电子捕获层；其中，对所述压电材料供体的所述第一待键合面进行离子注入的步骤穿插于形成所述辅助键合层与形成所述电子捕获层之间。