【摘要】：鈮酸鋰(LiNbO_3,LN)作為一種人工合成晶片,具備優(yōu)良的壓電、光電以及鐵電特性。在器件向集成化、微型化發(fā)展的趨勢(shì)下,對(duì)高質(zhì)量LN薄膜在Si襯底上的制備有著迫切需求。然而,采用傳統(tǒng)的薄膜制備方法生長(zhǎng)LN薄膜,受限于晶格失配、LN化學(xué)計(jì)量比不易控制等因素,導(dǎo)致在Si襯底上制備的LN薄膜質(zhì)量、性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法同LN單晶晶片相比。在此背景下,本論文以晶片鍵合技術(shù)和離子注入剝離技術(shù)為基本手段,研究在Si襯底上制備亞微米厚度單晶LN薄膜的工藝方法,為高質(zhì)量LN薄膜在Si襯底上的異質(zhì)集成提供技術(shù)途徑,為相關(guān)器件提供材料支撐。本文主要工作內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面:論文首先研究了通過BCB膠實(shí)現(xiàn)LN晶片在Si襯底上異質(zhì)鍵合的工藝。研究了甩膠轉(zhuǎn)速、預(yù)烘溫度、預(yù)烘時(shí)間等條件對(duì)預(yù)鍵合質(zhì)量的影響,研究了鍵合壓力、固化溫度、固化時(shí)間、升溫曲線對(duì)鍵合質(zhì)量的影響。結(jié)果表明在甩膠轉(zhuǎn)速為3000r/min下,預(yù)烘溫度90℃,預(yù)烘時(shí)間80 s會(huì)得到最佳的預(yù)鍵合效果;預(yù)烘溫度過高或者預(yù)烘時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致預(yù)鍵合無法完成,預(yù)烘溫度或者預(yù)烘時(shí)間過短預(yù)鍵合層BCB膠的溢出;鍵合過程中,鍵合壓力大于1 MPa時(shí)會(huì)導(dǎo)致LN晶片出現(xiàn)碎裂,低于0.4 MPa時(shí)會(huì)出現(xiàn)鍵合層不完整;固化時(shí)間和固化溫度成反比;固化溫度超過300℃或升溫速率高于2.5℃/min的情況下LN晶片出現(xiàn)裂紋。最終得到最優(yōu)的BCB鍵合條件為鍵合壓力為0.8 MPa、固化溫度為250℃、升溫速率為2oC/min。本文采用離子注入剝離法成功實(shí)現(xiàn)了亞微米厚度單晶LN薄膜在Si襯底上的制備。針對(duì)He+離子注入的LN晶片,研究了注入劑量、鍵合壓力、退火溫度、退火時(shí)間、退火升降溫曲線對(duì)轉(zhuǎn)移薄膜質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果表明He+注入劑量為2×1016 ions/cm2的LN晶片在退火溫度為225℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)表面起泡現(xiàn)象。注入劑量與退火溫度成反比關(guān)系;LN薄膜剝離實(shí)驗(yàn)中,鍵合壓力在0.7 MPa到0.9MPa,退火溫度在250℃到275℃之間,退火時(shí)間在200 min以上,升降溫速率低于2℃/min時(shí)能夠獲得結(jié)構(gòu)完整的LN薄膜。最終得到最優(yōu)的注入剝離工藝條件為鍵合壓力0.7 MPa,退火溫度250℃,退火時(shí)間250 min,升降溫速率為1℃/min。采用X射線衍射對(duì)LN薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,結(jié)果表明剝離的LN薄膜為單晶結(jié)構(gòu)。最后將LN晶片離子注入面生長(zhǎng)電極,并成功實(shí)現(xiàn)LN薄膜的剝離,并測(cè)得其壓電系數(shù)為52.6 pm/V。本論文成功制備Si襯底上的LN薄膜,為后續(xù)器件研究打下很好的材料基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ131.11;TB383.2
【圖文】：

圖 1-1 LN 晶片上的 LN 薄膜結(jié)構(gòu)圖是，隨著通信時(shí)代的快速發(fā)展，基于單晶 LN 薄膜等器件需求與日劇增。尤其在體聲波諧振器上，電極等結(jié)構(gòu)，這對(duì)單晶 LN 薄膜的制備工藝提出介紹體結(jié)構(gòu)及物理特性種 ABO3的鈦鐵礦型晶體[12]。其居里溫度點(diǎn)為電相，高于居里溫度點(diǎn)的時(shí)候表現(xiàn)為順電相。鐵 Li 和 Nb 的位移產(chǎn)生了沿 c 軸的電偶極矩，呈現(xiàn)群為 R 3 C[13]，沒有極性。如下圖 1-2 為 LN 的鐵相結(jié)構(gòu)圖[15]。

圖 1-1 LN 晶片上的 LN 薄膜結(jié)構(gòu)圖，隨著通信時(shí)代的快速發(fā)展，基于單晶 LN 薄膜制器件需求與日劇增。尤其在體聲波諧振器上，單極等結(jié)構(gòu)，這對(duì)單晶 LN 薄膜的制備工藝提出更紹結(jié)構(gòu)及物理特性 ABO3的鈦鐵礦型晶體[12]。其居里溫度點(diǎn)為 12相，高于居里溫度點(diǎn)的時(shí)候表現(xiàn)為順電相。鐵電Li 和 Nb 的位移產(chǎn)生了沿 c 軸的電偶極矩，呈現(xiàn)出為 R 3 C[13]，沒有極性。如下圖 1-2 為 LN 的鐵電結(jié)構(gòu)圖[15]。

圖 1-3 LN 順電相結(jié)構(gòu)圖[13]，在較低溫度下，LN 呈現(xiàn)鐵電相結(jié)構(gòu)，包含一在該八面體空隙結(jié)構(gòu)中，1/3 由 Li 原子占據(jù)，1方向，該 LN 中原子占據(jù)空隙的順序?yàn)?Nb、空，當(dāng)溫度高于居里溫度時(shí)，LN 呈現(xiàn)順電相 Li 位于中位于兩個(gè)氧原子層間。該結(jié)構(gòu)上的排序?qū)е?L晶片的彈力變?yōu)橹鲗?dǎo)，導(dǎo)致 Li、Nb 進(jìn)入新的位產(chǎn)生的電荷分離使得 LN 在低于 1210oC 時(shí)顯示表 1-1 LN 物理常數(shù)1260 居里溫度(oC) 1210503 熱膨脹系數(shù)ooA axi

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 何洪濤;;一種基于BCB鍵合技術(shù)的新型MEMS圓片級(jí)封裝工藝[J];微納電子技術(shù);2010年10期

2 宋華清,石兢,張苗,林成魯;智能剝離技術(shù)制備單晶SOG材料的研究[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);2003年02期

3 王悅輝,莊志強(qiáng);擇優(yōu)取向鐵電薄膜制備影響因素的分析[J];材料導(dǎo)報(bào);2003年04期

4 張一兵;鈮酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)[J];上饒師范學(xué)院學(xué)報(bào);2001年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 韓黃璞;單晶鈮酸鋰薄膜的結(jié)構(gòu)和屬性研究[D];山東大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張澎麗;近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰薄膜的制備[D];天津理工大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2787608