CN105321806A - 复合单晶薄膜和制造复合单晶薄膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合单晶薄膜和制造复合单晶薄膜的方法。所述复合单晶薄膜包括：衬底；光学隔离层，位于衬底上；铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜，位于光学隔离层上；硅薄膜，位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上。根据本发明的复合单晶薄膜具备铌酸锂或钽酸锂材料良好的非线性光学、声光、电光等效应，同时还具备硅材料的加工工艺成熟的特性，因此本发明的复合单晶薄膜能够与现有的IC生产工艺实现更好的兼容，具有非常广阔的产业前景。此外，根据本发明的制造复合单晶薄膜的方法能够实现稳定、有效的工业化生产。

Description

复合单晶薄膜和制造复合单晶薄膜的方法

技术领域

本发明涉及半导体材料和光电材料技术领域，具体地讲，涉及一种复合单晶薄膜和制造复合单晶薄膜的方法。

背景技术

铌酸锂单晶薄膜因具有优异的电光、声光、非线性等效应而在光信号处理、信息存储以及电子器件等领域具有广泛的用途，其可以作为衬底材料，可以用于制作高频、高带宽、高集成度、大容量、灵敏度高、低功耗以及性能稳定的光电子学器件和集成光学器件，例如，滤波器、波导调制器、光波导开关、空间光调制器、光学倍频器、红外探测器以及铁电体存储器等。以铌酸锂单晶薄膜作为器件层进行加工(主要使用刻蚀等工艺)时，由于铌酸锂化学惰性比较强，导致难以刻蚀，加工难度大，工艺不够成熟，铌酸锂比较难加工的问题严重阻碍了铌酸锂器件的发展。

SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和衬底硅之间引入了一层埋层氧化层(例如二氧化硅)，形成绝缘体上的硅薄膜。在电子学领域中，SOI材料具有硅体材料所不具备的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，消除体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；而且采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单以及特别适用于低压低功耗电路等优势。在光学领域中，SOI是重要的衬底材料，主要用来制备光开关、光学调制器等集成光学器件。这些器件的基础结构为光波导，光波导是利用光的全反射原理，将光限制在光波导中传输，可以便于控制光的传输路径。硅材料的加工工艺非常成熟，比如硅材料的刻蚀工艺十分成熟，可以刻蚀出非常精细的线条。目前以SOI为衬底材料的集成光学器件已经产业化。然而，由于硅材料本身非线光学效应较弱，其电光、声光、热电效应很也弱，限制了其在光电领域的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种复合单晶薄膜和制造复合单晶薄膜的方法。

根据本发明的一方面，提供一种复合单晶薄膜，所述复合单晶薄膜包括：衬底；光学隔离层，位于衬底上；铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜，位于光学隔离层上；硅薄膜，位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上。

根据本发明的示例性实施例，所述复合单晶薄膜还可以包括：位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜与硅薄膜之间的另一光学隔离层。

根据本发明的示例性实施例，光学隔离层可以为二氧化硅层，衬底可以为硅衬底。

根据本发明的示例性实施例，衬底的厚度可以为10μm-2000μm，光学隔离层的厚度可以为5nm-10μm，铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的厚度可以为5nm-50μm，硅薄膜的厚度可以为5nm-50μm。

根据本发明的另一方面，提供一种制造复合单晶薄膜的方法，所述方法包括：准备覆盖有光学隔离层的衬底；在衬底的其上覆盖有光学隔离层的表面上形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜；在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。

根据本发明的示例性实施例，形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的步骤可以包括：使铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层接触，进而利用晶片键合法将铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层键合；对铌酸锂晶片或钽酸锂晶片的背对光学隔离层的表面进行研磨，之后进行表面抛光处理，从而形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。

根据本发明的示例性实施例，形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的步骤可以包括：通过离子注入法将离子注入到铌酸锂晶片或钽酸锂晶片，从而在铌酸锂晶片或钽酸锂晶片中形成注入层、分离层和余质层，其中，分离层位于注入层和余质层之间，注入的离子分布在分离层内；使注入层与光学隔离层接触，进而利用晶片键合法将铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层键合，以形成键合体；对键合体进行加热，使得注入层和余质层分离；对注入层进行表面抛光，从而形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。

根据本发明的示例性实施例，形成硅薄膜的步骤可以包括：使硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，进而利用晶片键合法将硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合；对硅片的背对铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的表面进行研磨，之后进行表面抛光处理，从而形成硅薄膜。

根据本发明的示例性实施例，形成硅薄膜的步骤可以包括：通过离子注入法将离子注入到硅片，从而在硅片中形成注入层、分离层和余质层，其中，分离层位于注入层和余质层之间，注入的离子分布在分离层内；使注入层与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，进而利用晶片键合法将硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合，以形成键合体；对键合体进行加热，使得注入层和余质层分离；对注入层进行表面抛光，从而形成硅薄膜。

根据本发明的示例性实施例，形成硅薄膜的步骤可以包括：使SOI晶片的硅薄膜层与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，进而利用晶片键合法将SOI晶片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合；对SOI晶片的硅衬底进行研磨或刻蚀，以去除硅衬底并且暴露SOI晶片的二氧化硅层；对暴露的二氧化硅层进行抛光或蚀刻，以去除二氧化硅层并暴露硅薄膜层，从而在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。

如上所述，根据本发明的复合单晶薄膜具备铌酸锂或钽酸锂材料良好的非线性光学、声光、电光等效应，同时还具备硅材料的加工工艺成熟的特性，因此本发明的复合单晶薄膜能够与现有的IC生产工艺实现更好的兼容，具有非常广阔的产业前景。此外，根据本发明的制造复合单晶薄膜的方法能够实现稳定、有效的工业化生产。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其它方面将变得清楚且更容易理解，在附图中：

图1是示出了根据本发明的示例性实施例的复合单晶薄膜的结构示意图；

图2是示出了根据本发明的示例性实施例的制造复合单晶薄膜的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为局限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将向本领域的普通技术人员充分地传达本发明的实施例的构思。在下面详细的描述中，通过示例的方式阐述了多处具体的细节，以提供对相关教导的充分理解。然而，本领域技术人员应该清楚的是，可以实践本教导而无需这样的细节。在其它情况下，以相对高的层次而没有细节地描述了公知的方法、步骤和组件，以避免使本教导的多个方面不必要地变得模糊。附图中的同样的标号表示同样的元件，因此将不重复对它们的描述。在附图中，为了清晰起见，可能会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。

现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明。

图1是示出了根据本发明的示例性实施例的复合单晶薄膜的结构示意图。

参照图1，根据本发明的示例性实施例的复合单晶薄膜100包括：衬底110；光学隔离层120，位于衬底110上；铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130，位于光学隔离层120上；硅薄膜140，位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130上。

根据本发明的复合单晶薄膜100的衬底110主要起到支撑其上的薄膜或部件的作用。根据本发明的示例性实施例，由于硅具有产量大、价格便宜、易加工，现有的半导体工艺兼容等特点，因此衬底110可以由硅材料制成，然而，本发明不限于此，可以选用其它适合的材料制成。根据本发明的示例性实施例，衬底110的厚度可以为10μm-2000μm，优选地，可以为100μm-1000μm。

光学隔离层120用于使位于其上的铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜与衬底110隔开。由于诸如硅的衬底110的折射率大于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的折射率，因此可以使用二氧化硅制成光学隔离层120，以将铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜与衬底分隔开，从而避免铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的光场错误地耦合到衬底中。根据本发明的示例性实施例，光学隔离层120的厚度可以为5nm-10μm，优选地，可以为10nm-3μm。另外，当需要光进入到衬底110时，可以降低光学隔离层的厚度，或者甚至可以取消光学隔离层。

铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130是复合单晶薄膜100的重要组成部分之一。铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130的厚度可以根据应用情况而定，例如5nm-50μm或者10nm-10μm。

硅薄膜140，位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130上，并且与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130一起构成复合单晶薄膜100的重要部分。硅薄膜140的厚度可以根据应用情况而定，例如5nm-50μm或者5nm-20μm。

根据本发明的示例性实施例，本发明的复合单晶薄膜100还可以包括位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130与硅薄膜140之间的另一光学隔离层(未示出)。该光学隔离层与位于衬底110和铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜130之间的光学隔离层120的作用和材料相同或基本相同，因此将不在此进行赘述。

下面将参照图2详细描述根据本发明的示例性实施例的制造复合单晶薄膜的方法。

图2是示出了根据本发明的示例性实施例的制造复合单晶薄膜的方法的流程图。

参照图2，本发明的制造复合单晶薄膜的方法包括：准备覆盖有光学隔离层的衬底；形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜；形成硅薄膜。

具体地讲，在准备覆盖有光学隔离层的衬底的步骤中，衬底可以由硅制成，光学隔离层可以由二氧化硅制成，然而本发明不限于此，可以使用任何适合的材料制成衬底和光学隔离层。在本发明的示例性实施例中，衬底的厚度可以为10μm-2000μm或者100μm-1000μm，光学隔离层的厚度可以为5nm-10μm或者10nm-3μm。

在形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的步骤中，可以通过如下工艺在光学隔离层上形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜：首先使铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层接触，进而利用晶片键合法将铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层键合在一起，然后对铌酸锂晶片或钽酸锂晶片的背对光学隔离层的表面进行研磨，之后进行表面抛光处理，从而在光学隔离层上形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。由于研磨的特性，因此根据该工艺制成的铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的厚度一般在1μm以上。

此外，根据本发明的示例性实施例，还可以采用如下工艺在光学隔离层上形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。

首先使用离子注入法，将离子(可以是分子离子)对着铌酸锂晶片或钽酸锂晶片的表面注入，形成分离层，分离层将铌酸锂晶片或钽酸锂晶片分为绝大部分注入离子均经过的区域(可以称为注入层)和绝大部分注入离子未经过的区域(可以称为余质层)。注入层的厚度由离子注入的能量来决定，能量越大，注入层的厚度越大。

接着，使注入层与光学隔离层接触，利用晶片键合法将铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层键合在一起，形成键合体。

然后，对键合体进行加热，使得注入层和余质层分离。

最后，对注入层进行表面抛光，从而在光学隔离层上形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。

此外，为了消除离子注入对铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜所造成的损伤，可以在对键合体进行加热之后对铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜进行退火处理。

由于离子注入的特性，因此根据该工艺制成的铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的厚度一般在3μm以下。

在形成硅薄膜的步骤中，可以通过如下工艺在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜：首先使硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，利用晶片键合法将硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合；然后对硅片的背对铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的表面进行研磨，之后进行表面抛光处理，从而在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。由于研磨的特性，因此根据该工艺制成的硅薄膜的厚度一般在1μm以上。

此外，根据本发明的示例性实施例，还可以采用如下工艺在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。

首先使用离子注入法，将离子(可以是分子离子)对着硅片的表面注入，形成分离层，分离层将硅片分为绝大部分注入离子均经过的区域(可以称为注入层)和绝大部分注入离子未经过的区域(可以称为余质层)。注入层的厚度由离子注入的能量来决定，能量越大，注入层的厚度越大。

接着，使注入层与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，利用晶片键合法将硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合在一起，形成键合体。

然后，对键合体进行加热，使得注入层和余质层分离。

对注入层进行表面抛光，从而在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。

此外，为了消除离子注入对硅薄膜所造成的损伤，可以在对键合体进行加热之后对硅薄膜进行退火处理。

由于离子注入的特性，因此根据该工艺制成的硅薄膜的厚度一般在3μm以下。

此外，根据本发明的示例性实施例，还可以采用如下工艺在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。

首先，使SOI晶片的硅薄膜层与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，利用晶片键合法将SOI晶片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合。

然后，对SOI晶片中的硅衬底进行研磨或刻蚀，以去除SOI晶片中的硅衬底并且暴露SOI晶片中的二氧化硅层。

接着，对暴露的二氧化硅层进行抛光或刻蚀，以去除SOI晶片中的二氧化硅层并暴露SOI晶片中的硅薄膜层，从而在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。

综上所述，本发明将具有单晶结构的铌酸锂或钽酸锂与具有单晶结构的硅集成在一起，使得制造出的复合单晶薄膜具有分子级接触的四层结构，并且各层薄膜的厚度可以在较大范围内进行调节。而且根据本发明的复合单晶薄膜具备铌酸锂或钽酸锂材料良好的非线性光学、声光、电光等效应的同时还具备硅材料的加工工艺成熟的特性，可实现光在硅薄膜与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜之间的转换。此外，由于本发明的复合单晶薄膜依然具有铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的特性，因此能够与现有的IC生产工艺实现更好的兼容，从而能够制造出具有新功能、新特性、指标优良的新型光电器件。

此外，根据本发明的制造复合单晶薄膜的方法能够实现稳定、有效的工业化生产。

下面以铌酸锂单晶薄膜为例来说明本发明制造复合单晶薄膜的具体过程。

实施例1

准备覆盖有二氧化硅层的单晶硅衬底，其中，二氧化硅层的厚度为2μm，单晶硅衬底的厚度为500μm。

提供铌酸锂晶片；采用离子注入法，将氦离子(He¹⁺和/或He²⁺)注入铌酸锂晶片中，氦离子注入能量为250keV，剂量为4×10¹⁶ions/cm²。

利用直接键合法，将注入后的铌酸锂晶片的注入面与单晶硅衬底上的二氧化硅层键合在一起，形成键合体；将键合体置于高压釜内，充入氮气(N₂)，压强保持在200bar，然后升温至350℃并保持10小时，在此加热过程中，铌酸锂晶片在氦离子停留的位置分离；然后降至室温，放掉压力后取出晶片，铌酸锂单晶薄膜的厚度在0.83μm左右；将铌酸锂单晶薄膜在常压下加热，周围气氛是氧气(O₂)，温度是300℃-800℃，此退火过程用来消除离子注入在铌酸锂单晶薄膜中造成的损伤；然后对铌酸锂单晶薄膜的表面进行抛光，得到具有0.5μm厚的铌酸锂单晶薄膜的三层结构体。

提供单晶硅片；采用离子注入法，将氢离子注入单晶硅片中，氢离子注入能量为50keV，剂量为4×10¹⁷ions/cm²。

在室温下，利用直接键合法，将注入后的单晶硅片的注入面和铌酸锂单晶薄膜的表面键合在一起，得到键合体；在温度为450℃，压力为1bar，氮气氛围下对键合体加热10小时，在此加热的过程中，硅片在氢离子停留的位置分离，分离下来的硅薄膜留在铌酸锂单晶薄膜表面，硅薄膜的厚度在1μm左右；对硅薄膜的表面进行抛光处理，得到复合单晶薄膜产品。

实施例2

准备覆盖有二氧化硅层的单晶硅衬底，其中，二氧化硅层的厚度为2μm，单晶硅衬底的厚度为500μm。

提供铌酸锂晶片；在室温下，利用直接键合法将该铌酸锂晶片键合到单晶硅衬底上的二氧化硅层上；将铌酸锂晶片研磨至5μm，然后抛光至4μm，从而得到具有4μm厚的铌酸锂单晶薄膜的三层结构体。

提供单晶硅片；采用离子注入法，将氢离子注入单晶硅片中，氢离子注入能量为120keV，剂量为4×10¹⁷ions/cm²。

在室温下，利用直接键合法，将注入后的单晶硅片的注入面和铌酸锂单晶薄膜的表面键合在一起，得到键合体；在温度为450℃，压力为1bar，氮气氛围下对键合体加热10小时，在此加热的过程中，硅片在氢离子停留的位置分离，分离下来的硅薄膜留在铌酸锂单晶薄膜表面，硅薄膜的厚度在1μm左右；将覆盖有硅薄膜的晶片在300℃-1000℃下进行退火处理，此退火过程用来消除离子注入在硅薄膜中造成的损伤；对硅薄膜的表面进行抛光处理，得到复合单晶薄膜产品。

实施例3

准备覆盖有二氧化硅层的单晶硅衬底，其中，二氧化硅层的厚度为2μm，单晶硅衬底的厚度为500μm。

提供铌酸锂晶片；采用离子注入法，将氦离子(He¹⁺和/或He²⁺)注入铌酸锂晶片中，氦离子注入能量为250keV，剂量为4×10¹⁶ions/cm²。

利用直接键合法，将注入后的铌酸锂晶片的注入面与单晶硅衬底上的二氧化硅层键合在一起，形成键合体；将键合体升温至250℃并保持10小时，在此加热过程中，铌酸锂晶片在氦离子停留的位置分离；然后降至室温，铌酸锂单晶薄膜的厚度在0.83μm左右；将铌酸锂单晶薄膜加热，周围气氛是氧气(O₂)，温度是300℃-800℃，此退火过程用来消除离子注入在铌酸锂薄膜中造成的损伤；然后对铌酸锂单晶薄膜的表面进行抛光，得到具有0.5μm厚的铌酸锂单晶薄膜的三层结构体。

提供单晶硅片；利用直接键合法，将单晶硅片与铌酸锂单晶薄膜的表面键合在一起；将硅片研磨至20μm，之后再抛光至18μm，从而得到复合单晶薄膜产品。

实施例4

准备覆盖有二氧化硅层的单晶硅衬底，其中，二氧化硅层的厚度为0.2μm，单晶硅衬底的厚度为500μm。

提供铌酸锂晶片；在室温下，利用直接键合法将该铌酸锂晶片键合到单晶硅衬底上的二氧化硅层上；将铌酸锂晶片研磨至3μm，然后抛光至2μm，从而得到具有2μm厚的铌酸锂单晶薄膜的三层结构体。

提供单晶硅片；利用直接键合法，将单晶硅片与铌酸锂单晶薄膜的表面键合在一起；将硅片研磨至3μm，之后再抛光至2μm，从而得到复合单晶薄膜产品。

实施例5

准备覆盖有二氧化硅层的单晶硅衬底，其中，二氧化硅层的厚度为5μm，单晶硅衬底的厚度为500μm。

提供铌酸锂晶片；采用离子注入法，将氦离子(He¹⁺和/或He²⁺)注入铌酸锂晶片中，氦离子注入能量为250keV，剂量为4×10¹⁶ions/cm²。

利用直接键合法，在室温下，将注入后的铌酸锂晶片的注入面与单晶硅衬底上的二氧化硅层键合在一起，形成键合体；将键合体升温至250℃并保持10小时，在此加热过程中，铌酸锂晶片在氦离子停留的位置分离；然后降至室温，铌酸锂单晶薄膜的厚度在0.83μm左右；将铌酸锂单晶薄膜加热，周围气氛是氧气(O₂)，温度是300℃-800℃，此退火过程用来消除离子注入在铌酸锂薄膜中造成的损伤；然后对铌酸锂单晶薄膜的表面进行抛光，得到具有0.5μm厚的铌酸锂单晶薄膜的三层结构体。

提供SOI，在室温下，利用晶片键合法将SOI晶片键合到与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上。

用5％～30％的NaOH溶液在30℃～90℃的温度下对SOI晶片中的硅衬底进行刻蚀，以去除SOI晶片中的硅衬底并且暴露SOI晶片中的二氧化硅层，NaOH溶液的浓度和温度一定时，刻蚀时间由硅衬底的厚度决定。

用1％～30％的HF溶液，对暴露的二氧化硅层进行刻蚀，以去除SOI晶片中的二氧化硅层并暴露SOI晶片中的硅薄膜层，从而在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜，由此得到复合单晶薄膜产品。

实施例6

准备覆盖有二氧化硅层的单晶硅衬底，其中，二氧化硅层的厚度为2μm，单晶硅衬底的厚度为500μm。

提供铌酸锂晶片；在室温下，利用直接键合法将该铌酸锂晶片键合到单晶硅衬底上的二氧化硅层上；将铌酸锂晶片研磨至10μm，然后抛光至8μm，从而得到具有8μm厚的铌酸锂单晶薄膜的三层结构体。

提供SOI，在室温下，利用晶片键合法将SOI晶片键合到与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上。

用单面研磨的方法，以去除SOI晶片中的硅衬底并暴露SOI晶片中的二氧化硅层。

用1％～30％的HF溶液，对暴露的二氧化硅层进行刻蚀，以去除SOI晶片中的二氧化硅层并暴露SOI晶片中的硅薄膜层，从而在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜，由此得到复合单晶薄膜产品。

综上所述，本发明将铌酸锂材料和硅材料键合在一起，形成铌酸锂和硅的复合单晶薄膜材料，该复合单晶薄膜材料具备铌酸锂材料良好的非线性光学、声光、电光等效应的同时具备硅材料的加工工艺成熟的特性，因此本发明的复合单晶薄膜能够与现有IC生产工艺实现更好的兼容，具有非常广阔的产业前景。

此外，由于铌酸锂和硅的物理化学性质存在相对大的差异，目前尚没有稳定、有效的工艺可用作工业化的生产，而本发明提出的制造铌酸锂和硅的复合单晶薄膜的方法能够实现稳定、有效的工业化生产。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (10)

1.一种复合单晶薄膜，其特征在于，所述复合单晶薄膜包括：

衬底；

光学隔离层，位于衬底上；

铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜，位于光学隔离层上；

硅薄膜，位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上。

2.根据权利要求1所述的复合单晶薄膜，其特征在于，所述复合单晶薄膜还包括：位于铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜与硅薄膜之间的另一光学隔离层。

3.根据权利要求1或2所述的复合单晶薄膜，其特征在于，光学隔离层为二氧化硅层，衬底为硅衬底。

4.根据权利要求1所述的复合单晶薄膜，其特征在于，衬底的厚度为10μm-2000μm，光学隔离层的厚度为5nm-10μm，铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的厚度为5nm-50μm，硅薄膜的厚度为5nm-50μm。

5.一种制造复合单晶薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

准备覆盖有光学隔离层的衬底；

在衬底的其上覆盖有光学隔离层的表面上形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜；

在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的步骤包括：

使铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层接触，进而利用晶片键合法将铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层键合；

对铌酸锂晶片或钽酸锂晶片的背对光学隔离层的表面进行研磨，之后进行表面抛光处理，从而形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的步骤包括：

通过离子注入法将离子注入到铌酸锂晶片或钽酸锂晶片，从而在铌酸锂晶片或钽酸锂晶片中形成注入层、分离层和余质层，其中，分离层位于注入层和余质层之间，注入的离子分布在分离层内；

使注入层与光学隔离层接触，进而利用晶片键合法将铌酸锂晶片或钽酸锂晶片与光学隔离层键合，以形成键合体；

对键合体进行加热，使得注入层和余质层分离；

对注入层进行表面抛光，从而形成铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成硅薄膜的步骤包括：

使硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，进而利用晶片键合法将硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合；

对硅片的背对铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜的表面进行研磨，之后进行表面抛光处理，从而形成硅薄膜。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成硅薄膜的步骤包括：

通过离子注入法将离子注入到硅片，从而在硅片中形成注入层、分离层和余质层，其中，分离层位于注入层和余质层之间，注入的离子分布在分离层内；

使注入层与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，进而利用晶片键合法将硅片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合，以形成键合体；

对键合体进行加热，使得注入层和余质层分离；

对注入层进行表面抛光，从而形成硅薄膜。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成硅薄膜的步骤包括：

使SOI晶片的硅薄膜层与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜接触，进而利用晶片键合法将SOI晶片与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜键合；

对SOI晶片的硅衬底进行研磨或刻蚀，以去除硅衬底并且暴露SOI晶片的二氧化硅层；

对暴露的二氧化硅层进行抛光或蚀刻，以去除二氧化硅层并暴露硅薄膜层，从而在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上形成硅薄膜。