离子注入剥离法制备单晶铌酸锂薄膜研究
发布时间：2020-08-09 21:56
【摘要】：铌酸锂(LiNbO_3,LN)作为一种人工合成晶片,具备优良的压电、光电以及铁电特性。在器件向集成化、微型化发展的趋势下,对高质量LN薄膜在Si衬底上的制备有着迫切需求。然而,采用传统的薄膜制备方法生长LN薄膜,受限于晶格失配、LN化学计量比不易控制等因素,导致在Si衬底上制备的LN薄膜质量、性能远远无法同LN单晶晶片相比。在此背景下,本论文以晶片键合技术和离子注入剥离技术为基本手段,研究在Si衬底上制备亚微米厚度单晶LN薄膜的工艺方法,为高质量LN薄膜在Si衬底上的异质集成提供技术途径,为相关器件提供材料支撑。本文主要工作内容包含以下几个方面:论文首先研究了通过BCB胶实现LN晶片在Si衬底上异质键合的工艺。研究了甩胶转速、预烘温度、预烘时间等条件对预键合质量的影响,研究了键合压力、固化温度、固化时间、升温曲线对键合质量的影响。结果表明在甩胶转速为3000r/min下,预烘温度90℃,预烘时间80 s会得到最佳的预键合效果;预烘温度过高或者预烘时间过长会导致预键合无法完成,预烘温度或者预烘时间过短预键合层BCB胶的溢出;键合过程中,键合压力大于1 MPa时会导致LN晶片出现碎裂,低于0.4 MPa时会出现键合层不完整;固化时间和固化温度成反比;固化温度超过300℃或升温速率高于2.5℃/min的情况下LN晶片出现裂纹。最终得到最优的BCB键合条件为键合压力为0.8 MPa、固化温度为250℃、升温速率为2oC/min。本文采用离子注入剥离法成功实现了亚微米厚度单晶LN薄膜在Si衬底上的制备。针对He+离子注入的LN晶片,研究了注入剂量、键合压力、退火温度、退火时间、退火升降温曲线对转移薄膜质量的影响规律。结果表明He+注入剂量为2×1016 ions/cm2的LN晶片在退火温度为225℃时会出现表面起泡现象。注入剂量与退火温度成反比关系;LN薄膜剥离实验中,键合压力在0.7 MPa到0.9MPa,退火温度在250℃到275℃之间,退火时间在200 min以上,升降温速率低于2℃/min时能够获得结构完整的LN薄膜。最终得到最优的注入剥离工艺条件为键合压力0.7 MPa,退火温度250℃,退火时间250 min,升降温速率为1℃/min。采用X射线衍射对LN薄膜的结构进行分析,结果表明剥离的LN薄膜为单晶结构。最后将LN晶片离子注入面生长电极,并成功实现LN薄膜的剥离,并测得其压电系数为52.6 pm/V。本论文成功制备Si衬底上的LN薄膜,为后续器件研究打下很好的材料基础。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ131.11;TB383.2
【图文】：
图 1-1 LN 晶片上的 LN 薄膜结构图是，随着通信时代的快速发展，基于单晶 LN 薄膜等器件需求与日剧增。尤其在体声波谐振器上，电极等结构，这对单晶 LN 薄膜的制备工艺提出介绍体结构及物理特性种 ABO3的钛铁矿型晶体[12]。其居里温度点为电相，高于居里温度点的时候表现为顺电相。铁 Li 和 Nb 的位移产生了沿 c 轴的电偶极矩，呈现群为 R 3 C[13]，没有极性。如下图 1-2 为 LN 的铁相结构图[15]。
图 1-1 LN 晶片上的 LN 薄膜结构图，随着通信时代的快速发展，基于单晶 LN 薄膜制器件需求与日剧增。尤其在体声波谐振器上，单极等结构，这对单晶 LN 薄膜的制备工艺提出更绍结构及物理特性 ABO3的钛铁矿型晶体[12]。其居里温度点为 12相，高于居里温度点的时候表现为顺电相。铁电Li 和 Nb 的位移产生了沿 c 轴的电偶极矩，呈现出为 R 3 C[13]，没有极性。如下图 1-2 为 LN 的铁电结构图[15]。
图 1-3 LN 顺电相结构图[13]，在较低温度下，LN 呈现铁电相结构，包含一在该八面体空隙结构中，1/3 由 Li 原子占据，1方向，该 LN 中原子占据空隙的顺序为 Nb、空，当温度高于居里温度时，LN 呈现顺电相 Li 位于中位于两个氧原子层间。该结构上的排序导致 L晶片的弹力变为主导，导致 Li、Nb 进入新的位产生的电荷分离使得 LN 在低于 1210oC 时显示表 1-1 LN 物理常数1260 居里温度(oC) 1210503 热膨胀系数ooA axi
本文编号：2787608
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ131.11;TB383.2
【图文】：
图 1-1 LN 晶片上的 LN 薄膜结构图是，随着通信时代的快速发展，基于单晶 LN 薄膜等器件需求与日剧增。尤其在体声波谐振器上，电极等结构，这对单晶 LN 薄膜的制备工艺提出介绍体结构及物理特性种 ABO3的钛铁矿型晶体[12]。其居里温度点为电相，高于居里温度点的时候表现为顺电相。铁 Li 和 Nb 的位移产生了沿 c 轴的电偶极矩，呈现群为 R 3 C[13]，没有极性。如下图 1-2 为 LN 的铁相结构图[15]。
图 1-1 LN 晶片上的 LN 薄膜结构图，随着通信时代的快速发展，基于单晶 LN 薄膜制器件需求与日剧增。尤其在体声波谐振器上，单极等结构，这对单晶 LN 薄膜的制备工艺提出更绍结构及物理特性 ABO3的钛铁矿型晶体[12]。其居里温度点为 12相，高于居里温度点的时候表现为顺电相。铁电Li 和 Nb 的位移产生了沿 c 轴的电偶极矩，呈现出为 R 3 C[13]，没有极性。如下图 1-2 为 LN 的铁电结构图[15]。
图 1-3 LN 顺电相结构图[13]，在较低温度下，LN 呈现铁电相结构，包含一在该八面体空隙结构中，1/3 由 Li 原子占据，1方向，该 LN 中原子占据空隙的顺序为 Nb、空，当温度高于居里温度时，LN 呈现顺电相 Li 位于中位于两个氧原子层间。该结构上的排序导致 L晶片的弹力变为主导，导致 Li、Nb 进入新的位产生的电荷分离使得 LN 在低于 1210oC 时显示表 1-1 LN 物理常数1260 居里温度(oC) 1210503 热膨胀系数ooA axi
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 何洪涛;;一种基于BCB键合技术的新型MEMS圆片级封装工艺[J];微纳电子技术;2010年10期
2 宋华清,石兢,张苗,林成鲁;智能剥离技术制备单晶SOG材料的研究[J];功能材料与器件学报;2003年02期
3 王悦辉,庄志强;择优取向铁电薄膜制备影响因素的分析[J];材料导报;2003年04期
4 张一兵;铌酸锂的晶体结构[J];上饶师范学院学报;2001年06期
相关博士学位论文 前1条
1 韩黄璞;单晶铌酸锂薄膜的结构和属性研究[D];山东大学;2016年
相关硕士学位论文 前1条
1 张澎丽;近化学计量比铌酸锂薄膜的制备[D];天津理工大学;2007年
本文编号：2787608
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