一种复合薄膜结构及其制备方法，及电子元器件与流程

1.本技术属于半导体元件制备领域，特别涉及一种复合薄膜结构及其制备方法，及电子元器件。


背景技术：

2.铌酸锂晶体是集成光学应用最多的一种晶体材料，因为其自身具有多种优良的光学性能，如压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等光学性质，已被广泛应用于电光调制器、声表面波器件、薄膜体声波谐振器、光电传感器等各种核心电子元器件。
3.例如，在电光调制器中，包括衬底层和层叠于所述衬底层上的单层铌酸锂薄膜层，其中，铌酸锂薄膜层用于传输光信号，为了避免光泄露到衬底层中，现有技术中，在衬底层与铌酸锂薄膜层之间设置一层隔离层，但是，当电光调制器同时输入不同模式的光时，如果薄膜层的折射率较大，入射角小的光易从折射率大的薄膜层进入隔离层中，进而导致光传输损耗增加。
4.因此，现亟需一种能够降低铌酸锂薄膜层光传输损耗的隔离层结构。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中，如果薄膜层的折射率较大，入射角小的光易从折射率大的薄膜层进入隔离层中，进而导致光传输损耗增加的问题。
6.本技术的目的在于提供以下几个方面：
7.第一方面，本技术提供一种复合薄膜结构，包括衬底层，形成在所述衬底层顶表面上的第一复合隔离层，及形成在所述第一复合隔离层上的至少两个薄膜层；相邻两个薄膜层之间设有第二隔离层；所述第一复合隔离层包括至少两个堆叠的子隔离层；其中，所述薄膜层用于传输信号，所述第一复合隔离层和所述第二隔离层用于防止信号泄露。
8.进一步地，所述第二隔离层包括一个子隔离层。
9.进一步地，所述第二隔离层包括至少两个堆叠的子隔离层。
10.进一步地，每个所述薄膜层的材料均相同；或者，至少两个所述薄膜层的切向不同；或者，至少两个所述薄膜层的材料不同。
11.进一步地，所述薄膜层用于传输光信号、声波信号或信息存储。
12.进一步地，每个所述薄膜层的厚度为10nm～1μm。
13.进一步地，所述薄膜层为铌酸锂、钽酸锂、石英或氮化硅材料。
14.进一步地，所述子隔离层为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。
15.进一步地，还包括设置在所述衬底层的底表面上的补偿层，所述补偿层具有与所述第一复合隔离层相同结构，其中，所述衬底层的底表面是指与所述衬底层的顶表面背对的一面。
16.第二方面，本技术提供一种电子元器件，包括第一方面任一所述的复合薄膜结构。
17.第三方面，本技术提供一种复合薄膜结构的制备方法，包括以下步骤：
18.在衬底层的顶表面上制备第一复合隔离层，所述第一复合隔离层包括至少两个堆叠的子隔离层；
19.采用离子注入法和键合法，在所述第一复合隔离层上交替制备至少两组薄膜层和第二隔离层；
20.其中，制备薄膜层的方法包括：采用离子注入法和键合法，在所述第一复合隔离层或第二隔离层上制备薄膜层；
21.其中，所述薄膜层用于传输信号，所述第一复合隔离层和所述第二隔离层均用于防止信号泄露。
22.进一步地，所述方法还包括：
23.在所述衬底层的与顶表面背对的底表面上制备补偿层，所述补偿层具有与所述第一复合隔离层相同结构。
24.进一步地，在所述衬底层上制备第一复合隔离层的方法包括：沉积法、磁控溅射或外延生长法；在薄膜层上制备第二隔离层的方法包括沉积法或磁控溅射。
25.与传统方案相比，本技术实施例提供的方案，在衬底层与第一薄膜层之间设置具有至少两个堆叠的子隔离层的第一复合隔离层。相比于现有技术中，只采用单层隔离层的方式，第一复合隔离层能够将第一薄膜层传输的信号隔离，防止信号泄露到衬底层。如果在第一复合隔离层中交替堆叠的子隔离层之间存在折射率差，还可以在第一薄膜层与衬底层之间形成量子势阱。从第一薄膜层泄露的光信号可以被限制在量子势阱内，并且由于形成量子势阱的材料的折射率小于第一薄膜层的折射率，所以可以使限制在量子势阱内的光容易地反射回第一薄膜层内。因此，第一复合隔离层可以用于将从第一薄膜层泄露的光信号反射回第一薄膜层。
附图说明
26.图1为本技术实施例提供的一种复合薄膜结构的结构示意图；
27.图2为本技术实施例提供的又一种复合薄膜结构的结构示意图；
28.图3为本技术实施例提供的又一种复合薄膜结构的结构示意图；
29.图4为本技术实施例提供的又一种复合薄膜结构的结构示意图。
30.附图标记说明
31.1-衬底层，2-第一复合隔离层，21-第一子隔离层，22-第二子隔离层，23-第三子隔离层，31-第一薄膜层，32-第二薄膜层，3n-第n薄膜层，4-第二隔离层,41-第四子隔离层，42-第五子隔离层，43-第六子隔离层，5-补偿层。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
33.以下详述本发明。
34.本技术实施例提供一种复合薄膜结构，如图1所示，包括衬底层1，形成在所述衬底层1顶表面上的第一复合隔离层2，及形成在所述第一复合隔离层2上的至少两个薄膜层；相邻两个薄膜层之间设有第二隔离层4；所述第一复合隔离层2包括至少两个堆叠的子隔离
层；其中，所述薄膜层用于传输信号，所述第一复合隔离层2和所述第二隔离层4用于防止信号泄露。
35.本技术实施例中，在衬底层1与第一薄膜层31之间设置具有至少两个堆叠的子隔离层的第一复合隔离层4，其中，所述第一薄膜层31是指与所述第一复合隔离层2相邻的薄膜层。相比于现有技术中，只采用单层隔离层的方式，第一复合隔离层2能够将第一薄膜层31传输的信号隔离，防止信号泄露到衬底层。
36.本技术实施例中，衬底层1主要起到支撑的作用，可以根据实际应用场景选择合适的衬底层1的材料，例如：可以为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟等，本技术对此不进行限定。
37.本技术实施例中，包括n个薄膜层，n大于等于2，具体的可以包括，第一薄膜层31至第n薄膜层3n。其中，薄膜层可以用于传输光信号、传输声波信号或者用于信息存储，本技术对此不进行限定。
38.需要说明的是，本技术实施例提供的复合薄膜结构，在距离所述衬底层1最远的薄膜层上还可以设有第二隔离层，也就是说，复合薄膜结构的两端可以分别是衬底层1和第二隔离层4，或者，复合薄膜结构的两端可以分别是衬底层1和薄膜层。
39.本技术实施中，复合薄膜结构中包括两层或两层以上的薄膜层，各个薄膜层的材料可以相同，也可以不同。具体的，可以根据实际想要实现的功能，对应选用各薄膜层的材料，薄膜层可以为铌酸锂、钽酸锂、石英或氮化硅等材料，本技术对此不进行限定。
40.薄膜层根据材料和实现的功能不同，可以用于传输光信号，用于传输声波信号或者用于信息存储。
41.本技术实施例中，不同薄膜层可以用于实现相同的功能或者不同的功能，例如，复合薄膜结构包括四个薄膜层，四个薄膜层可以都用来实现同一种功能，如滤波器、电光调制器、谐振器、铁电存储、激光发射器或传感器等功能，或者，四个薄膜层可以用来实现至少两种功能，例如，四个薄膜层可以分别用来实现滤波器、调制器、谐振器、铁电存储功能，又例如，四个薄膜层中的一个用来实现滤波器功能，四个薄膜层中的另外三个用来实现调制器功能。应理解，本技术实施例中不同薄膜层不限于实现上述所列举的功能。
42.如果不同薄膜层用于实现相同的功能，则不同薄膜层可以实现相同波长或不同波长光信号的单模传输，也可以实现相同频率或不同频率声波信号的单模传输。在多个薄膜层中分别传输相同波长的光信号或传输相同频率的声波信号，相当于传输容量增倍；在多个薄膜层中分别传输不同波长的光信号或传输不同频率的声波信号，相当于可以进行多个不同信号的单模传输。
43.在一个例子中，复合薄膜结构包括三个薄膜层，所述三个薄膜层均用于实现电光调制器功能，如果电光调制器需要传输波长分别为λ1、λ2、λ3的三种不同波长的光信号，则对应的，三个薄膜层可以分别用于传输波长为λ1的光信号、波长为λ2的光信号和波长为λ3的光信号，以实现同时进行多个不同波长信号的单模传输。
44.在另一个例子中，复合薄膜结构包括三个薄膜层，所述三个薄膜层均用于实现电光调制器功能，如果电光调制器只需要传输波长为λ1的光信号，则对应的，三个薄膜层均用于传输波长为λ1的光信号，因此，相对于现有技术中，只采用一层薄膜层传输信号，本技术实施例的复合薄膜结构传输容量倍增。
45.薄膜层还可以用于实现信息存储，例如，薄膜层为铌酸锂薄膜材料，则可以利用铌酸锂薄膜的铁电性存储信息。其中，利用铌酸锂薄膜实现信息存储的原理为：在铌酸锂薄膜两侧施加电压，使铌酸锂发生极化反转，形成导通的电畴壁，从而使两侧的电压导通有电流通过，此时相当于写入信号1，通入相反的电压后，可以使极化反转恢复，信号变为0。
46.在一具体实施例中，利用本技术实施例的复合薄膜结构做铁电存储器件时，可以将多个用于信息存储的薄膜层排列，通过算法控制不同薄膜层的通电、断电，从而实现信息的存储。相比于现有技术中使用单层薄膜层制作存储器，本技术利用多层薄膜制作的铁电存储器，可大大减小存储器的体积。现有技术中，采用多个复合薄膜结构叠加在一起，而每个复合薄膜结构都包括衬底层、隔离层和单层薄膜层；很显然，本技术中采用具有多层薄膜层的复合薄膜结构，与现有技术相比，少了多余的衬底，并且依然可以实现存储的功能，所以，利用本技术实施例的复合薄膜结构做铁电存储器件，体积可以减小。另外，同样体积的存储器空间，存储的信息量也可以增大。
47.本技术实施例提供的复合薄膜结构，通过将多层薄膜材料集成在同一个结构中，极大的缩小了将复合薄膜结构应用在电子元器件中的体积，能够满足电子元器件日益微型化的发展趋势；另外，本技术提供的复合薄膜结构，可以适应各种应用场景的需求，例如，可以同时实现不同的功能，或者，实现相同功能，在实现相同功能的情况下，不同薄膜层可以同时传输相同波长或不同波长光信号。
48.在一具体实施例中，复合薄膜结构包括衬底层1，衬底层1上的每个功能层中薄膜层的材料均相同。
49.在该实施例中，不同薄膜层都可以用于实现相同的功能，也可以用于实现至少两种功能。例如，薄膜层均采用铌酸锂薄膜材料，铌酸锂材料自身具有多种优良的特性，可以用来实现滤波器、电光调制器、谐振器、铁电存储、激光发射器、传感器等功能，因此，在一种可实现方式中，复合薄膜结构中的不同的铌酸锂薄膜层可以都用来实现上述多种功能之一，例如，每个铌酸锂薄膜层都用于实现滤波器功能。在另一种可实现方式中，复合薄膜结构中的不同的铌酸锂薄膜层还可以用来实现至少两种上述功能，例如，复合薄膜结构包括四个铌酸锂薄膜层，其中两个铌酸锂薄膜层用于实现滤波器功能，另外两个铌酸锂薄膜层用于实现电光调制器功能。
50.在另一具体实施例中，复合薄膜结构包括衬底层1，衬底层1上的每个功能层中薄膜层3的材料均相同，至少两个所述薄膜层的切向不同。
51.对于同一种薄膜材料，为了实现不同的功能，在一种可实现的方式中，可以改变该薄膜材料的切向。例如，铌酸锂薄膜层可以为x切向、z切向、128y切向等，钽酸锂薄膜层可以为42y切向和46.3y切向等。
52.铌酸锂薄膜层的不同切向可以实现相同或不同的功能，例如x切向铌酸锂薄膜层可以实现电光调制器和铁电存储功能，z切向铌酸锂薄膜层可以实现滤波器和铁电存储功能，42y切向和46.3y切向钽酸锂薄膜层可以实现滤波器功能等。其中，x切向是指垂直于晶体x轴切下的薄膜层，z切向是指垂直晶体z轴切下的薄膜层，42y切向是指y轴向z轴旋转42
°
后，垂直于旋转后y轴切下的薄膜层，46.3y切向是指y轴向z轴旋转46.3
°
后，垂直于旋转后y轴切下的薄膜层，128y切向是指y轴向z轴旋转128
°
后，垂直于旋转后y轴切下的薄膜层。
53.在一个例子中，复合薄膜结构包括四个薄膜层，分别为第一薄膜层、第二薄膜层、
第三薄膜层和第四薄膜层，每个薄膜层的材料均为铌酸锂，其中，第一薄膜层为x切向铌酸锂薄膜，第二薄膜层为128y切向铌酸锂薄膜，第三薄膜层和第四薄膜层均为z切向铌酸锂薄膜，则对应的，第一薄膜层可以用来实现电光调制器，第二薄膜层可以用来实现滤波器功能，第三薄膜层和第四薄膜层都可以用来实现铁电存储功能，相当于可以实现双层铁电存储功能。
54.需要说明的是，本技术对各个薄膜层在复合薄膜结构中的层叠顺序不进行限定，可以根据实际应用场景需求，调整对应薄膜层在复合薄膜结构中的层叠顺序。
55.在另一具体实施例中，复合薄膜结构包括衬底层1，衬底层1上的多个薄膜层3中至少两个所述薄膜层的材料不同。也就是说，本技术实施例对各个薄膜层所选用的材料不进行限定，生产商可以综合考虑各种因素，选用适当的薄膜材料，薄膜层可以选用但不限于铌酸锂、钽酸锂、石英或氮化硅等材料。
56.需要说明的是，不同的薄膜材料可以实现相同的功能，也可能实现不同的功能。
57.在一个例子中，复合薄膜结构包括四个薄膜层，分别为第一薄膜层、第二薄膜层、第三薄膜层和第四薄膜层，其中，第一薄膜层和第二薄膜层均为钽酸锂薄膜材料，第三薄膜层和第四薄膜层均为铌酸锂薄膜材料，则对应的，钽酸锂薄膜材料和铌酸锂薄膜材料可以用来实现相同的功能，例如第一薄膜层和第三薄膜层均用来实现滤波器功能；钽酸锂薄膜材料和铌酸锂薄膜材料也可以用来实现不同的功能，例如第二薄膜层用于实现滤波器功能，第四薄膜层用于实现电光调制器功能。
58.为了满足制备工艺的要求，本技术实施例中每个薄膜层的厚度为10nm～1μm。
59.其中，每个子隔离层的厚度优选为50nm-1um。如果隔离层的厚度小于100nm，一方面工艺上不易制备，另一方面，厚度太小，无法有效地阻止信号的泄漏。因此，隔离层的厚度大于100nm，既能满足工艺要求，又能有效地阻止信号的泄漏。
60.优选的，如图2所示，本技术实施例中复合薄膜结构，还包括设置在所述衬底层1的底表面上的补偿层5，所述补偿层5具有与所述第一复合隔离层2相同结构，其中，所述衬底层1的底表面是指与所述衬底层1的顶表面背对的一面。
61.在衬底层1的两面分别层叠有第一复合隔离层2和补偿层5，相当于在衬底层的两面施加相同应力，从而可以避免衬底层1翘曲的问题。
62.在一具体实施例中，如图1所示，包括衬底层1，形成在所述衬底层1顶表面上的第一复合隔离层2，及形成在所述第一复合隔离层2上的至少两个薄膜层；相邻两个薄膜层之间设有第二隔离层4；其中，第一薄膜层31用于传输光信号；所述第一复合隔离层2包括至少两个堆叠的子隔离层，各个子隔离层的折射率不同，且第一复合隔离层2中各个子隔离层的折射率均小于所述第一薄膜层31的折射率。
63.声波信号如果所述第一薄膜层31用于传输光信号，为了避免光信号泄露到衬底层1，则所述第一复合隔离层2可以包括具有不同折射率且彼此交替堆叠的多个子隔离层，所述第一复合隔离层2中每个子隔离层的折射率均小于所述第一薄膜层31的折射率。例如，图1中示出的，第一复合隔离层2可以包括由第一子隔离层21、第二子隔离层22和第三子隔离层23交替堆叠形成的堆叠结构(例如，诸如a/b/c/a/b/c的周期性堆叠结构或a/b/c/a/b/c/a的非周期性堆叠结构)。又例如，图3中示出的，第一复合隔离层2可以包括由第一子隔离层21和第二子隔离层22交替堆叠形成的堆叠结构(例如，诸如a/b/a/b的周期性堆叠结构或a/
b/a/b/a的非周期性堆叠结构)。第一子隔离层21、第二子隔离层22和第三子隔离层23具有彼此不同的折射率。
64.在上述复合薄膜结构中，由于在第一复合隔离层2中交替堆叠的子隔离层之间存在折射率差，所以可以在第一薄膜层31与衬底层1之间形成量子势阱。从第一薄膜层31泄露的光信号可以被限制在量子势阱内，并且由于形成量子势阱的材料的折射率小于第一薄膜层31的折射率，所以可以使限制在量子势阱内的光容易地反射回第一薄膜层31内。因此，第一复合隔离层可以用于将从第一薄膜层31泄露的光信号反射回第一薄膜层31。
65.在另一具体实施例中，包括衬底层，形成在所述衬底层顶表面上的第一复合隔离层，及形成在所述第一复合隔离层上的至少两个薄膜层；相邻两个薄膜层之间设有第二隔离层；其中，第一薄膜层用于传输声波信号，所述第一薄膜层是指与所述第一复合隔离层相邻的薄膜层；所述第一复合隔离层包括至少两个堆叠的子隔离层，各个子隔离层的声抗阻不同，且第一复合隔离层中各个子隔离层的声抗阻均大于所述第一薄膜层的声抗阻。
66.如果所述第一薄膜层31用于传输声波信号，则所述第一复合隔离层2包括具有不同声阻抗且彼此交替堆叠的多个子隔离层，所述第一复合隔离层2中每个子隔离层的声抗阻均大于所述第一薄膜层31的声抗阻。例如，图1中示出的，第一复合隔离层2可以包括由第一子隔离层21、第二子隔离层22和第三子隔离层23交替堆叠形成的堆叠结构(例如，诸如a/b/c/a/b/c的周期性堆叠结构或a/b/c/a/b/c/a的非周期性堆叠结构)。又例如，图3中示出的，第一复合隔离层2可以包括由第一子隔离层21和第二子隔离层22交替堆叠形成的堆叠结构(例如，诸如a/b/a/b的周期性堆叠结构或a/b/a/b/a的非周期性堆叠结构)。第一子隔离层21、第二子隔离层22和第三子隔离层23具有彼此不同的声阻抗。
67.与传输光信号相似，由于在第一复合隔离层2中交替堆叠的子隔离层之间存在声阻抗差，所以可以在第一薄膜层31与衬底层1之间形成量子势阱。从第一薄膜层31泄露的声波信号可以被限制在量子势阱内，并且由于形成量子势阱的材料的声阻抗大于第一薄膜层31的声阻抗，所以可以使限制在量子势阱内的声阻抗容易地反射回第一薄膜层31内。因此，第一复合隔离层可以用于将从第一薄膜层31泄露的声波信号反射回第一薄膜层31。
68.此外，如果所述第一薄膜层31用于传输光信号，则第一复合隔离层2中折射率最小的子隔离层与所述第一薄膜层31接触。第一薄膜层31与其相邻的子隔离层之间存在较大的折射率差，可以进一步降低光信号损耗。
69.在一具体实施例中，第一复合隔离层2包括彼此交替堆叠的第一子隔离层21和第二子隔离层22，所述第一子隔离层21的折射率小于所述第二子隔离层22的折射率，所述第二子隔离层22与所述衬底层1相邻，所述第一子隔离层21与所述第一薄膜层31相邻。其中，第一子隔离层21可以是二氧化硅材料，第二子隔离层22可以是氮化硅材料。
70.在另一具体实施例中，所述第一复合隔离层2包括彼此交替堆叠的第一子隔离层21、第二子隔离层22和第三子隔离层23，所述第一子隔离层21的折射率小于所述第三子隔离层23的折射率，并且，所述第三子隔离层23的折射率小于所述第二子隔离层22的折射率，其中，所述第三子隔离层23与所述衬底层1相邻，所述第一子隔离层21与所述第一薄膜层31相邻，所述第二子隔离层22位于第一子隔离层21和第三子隔离层23之间，其中，第一子隔离层21可以是二氧化硅材料，第二子隔离层22可以是氮化硅材料，第三子隔离层23可以是氧化铝材料。
71.类似的，如果所述第一薄膜层31用于传输声波信号，则第一复合隔离层2中声抗阻最大的子隔离层与所述第一薄膜层31接触。第一薄膜层31与其相邻的子隔离层之间存在较大的声阻抗差，可以进一步降低声波信号损耗。
72.在一具体实施例中，第一复合隔离层2包括彼此交替堆叠的第一子隔离层21和第二子隔离层22，所述第一子隔离层21的声阻抗大于所述第二子隔离层22的声阻抗，所述第二子隔离层22与所述衬底层1相邻，所述第一子隔离层21与所述第一薄膜层31相邻。其中，第一子隔离层21可以是二氧化硅材料，第二子隔离层22可以是氮化硅材料。
73.在另一具体实施例中，所述第一复合隔离层2包括彼此交替堆叠的第一子隔离层21、第二子隔离层22和第三子隔离层23，所述第一子隔离层21的声阻抗大于所述第三子隔离层23的声阻抗，并且，所述第三子隔离层23的声阻抗大于所述第二子隔离层22的声阻抗，其中，所述第三子隔离层23与所述衬底层1相邻，所述第一子隔离层21与所述第一薄膜层31相邻。其中，第一子隔离层21可以是二氧化硅材料，第二子隔离层22可以是氮化硅材料，第三子隔离层23可以是氧化铝材料。进一步地，本技术实施例提供的复合薄膜结构还包括：形成在所述第一薄膜层31上的第二复合隔离层4，以及形成在所述第二复合隔离层4上的第二薄膜层32。
74.进一步地，第二隔离层可以是如图1所示的，具有一层子隔离层的单层隔离层，也可以是如图4所示的，具有至少两个堆叠的子隔离层的复合隔离层，为了便于与第一复合隔离层区分，本技术实施例中相邻两个薄膜层之间的复合隔离层称为第二复合隔离层。
75.以下以第一薄膜层31、第二薄膜层32以及第一薄膜层31和第二薄膜层32之间的第二复合隔离层为例进行详细说明。
76.第二复合隔离层将相邻的两个薄膜层分开，可以防止第一薄膜层31和第二薄膜层32的信号泄露，造成第一薄膜层31和第二薄膜层32之间的信号串扰，从而保证不同薄膜层上传输信号的质量。第一薄膜层31和第二薄膜层32是相邻的两个薄膜层。
77.如果第一薄膜层31和第二薄膜层32均用于传输光信号，则第一薄膜层31和第二薄膜层32之间的第二复合隔离层中各个相邻子隔离层的折射率不同，且第二复合隔离层中各个子隔离层的折射率均小于所述第一薄膜层的折射率及所述第二薄膜层的折射率。
78.如果第一薄膜层31和第二薄膜层32均用于传输声波信号，则第一薄膜层31和第二薄膜层32之间的第二复合隔离层中各个相邻子隔离层的声抗阻不同，且第二复合隔离层中各个子隔离层的声抗阻均大于所述第一薄膜层的声抗阻及所述第二薄膜层的声抗阻。
79.如果第一薄膜层31和第二薄膜层32中一个用于传输光信号，另一个用于传输声波信号，则第一薄膜层31和第二薄膜层32之间的第二复合隔离层可以采用折射率低且声阻抗大的材料，如二氧化硅、氮化硅、氧化铝等。
80.薄膜层与其相邻的子隔离层之间存在声阻抗差或者存在折射率差，可以降低声波信号或光信号的泄露。
81.如果第二复合隔离层包括多个子隔离层，第二复合隔离层的结构可以与第一复合隔离层2的结构相同或类似。例如，第二复合隔离层可以是包括具有不同折射率且彼此交替堆叠的多个子隔离层，或者，第二复合隔离层可以是包括具有不同声阻抗且彼此交替堆叠的多个子隔离层。
82.由于在第二复合隔离层中交替堆叠的子隔离层之间存在折射率差，所以可以在相
邻两个薄膜层之间形成量子势阱，从任一薄膜层泄露的光信号可以被限制在量子势阱内，并且由于形成量子势阱的材料的折射率均小于两个相邻薄膜层的折射率，所以可以使限制在量子势阱内的光容易地反射回各自薄膜层内。因此，第二复合隔离层可以用于防止相邻薄膜层之间的信号串扰。
83.在一具体实施例中，如图4所示，所述第二复合隔离层包括彼此交替堆叠的第四子隔离层41、第五子隔离层42和第六子隔离层43；第四隔离层41和第六隔离层43的折射率均小于第五隔离层42的折射率，第四子隔离层41是指与第一薄膜层31相邻的子隔离层，第五子隔离层42是指与第一薄膜层31和第二薄膜层32均不相邻的子隔离层，第六子隔离层43指与第二薄膜层32成相邻的子隔离层。该实施例中，第二复合隔离层由折射率低高低的结构形式构成，能够保证每个薄膜层与其相邻的子隔离层之间都存在较大的折射率差，可以进一步降低光信号的泄露，从而保证每个薄膜层的信号传输质量。
84.其中，第四子隔离层41和第六子隔离层43的折射率可以相同。
85.在另一具体实施例中，所述第二复合隔离层包括彼此交替堆叠的第四子隔离层41、第五子隔离层42和第六子隔离层43；第四隔离层41和第六隔离层43的声抗阻均大于第五隔离层42的声抗阻，第四子隔离层42是指与第一薄膜层31相邻的子隔离层，第五子隔离层42是指与第一薄膜层31和第二薄膜层32均不相邻的子隔离层，第六子隔离层指与第二薄膜层32成相邻的子隔离层。该实施例中，第二复合隔离层由声抗阻高低高的结构形式构成，能够保证每个薄膜层与其相邻的子隔离层之间都存在较大的声抗阻差，可以进一步降低声波信号的泄露，从而保证每个薄膜层的信号传输质量。
86.本技术实施例还提供一种电子元器件，所述电子元器件中包括上述实施例中所述的任一种复合薄膜结构。
87.本技术实施例还提供一种复合薄膜结构的制备方法，包括以下步骤：
88.步骤1、在衬底层的顶表面上制备第一复合隔离层，所述第一复合隔离层可以是包括至少两个堆叠的子隔离层。
89.在上述步骤1中，第一复合隔离层可以是堆叠的具有不同折射率的子隔离层，且第一复合隔离层中各个子隔离层的折射率均小于所述第一薄膜层的折射率；第一复合隔离层也可以是堆叠的具有不同声抗阻的子隔离层，且第一复合隔离层中各个子隔离层的声抗阻均大于所述第一薄膜层的声抗阻。
90.例如，第一复合隔离层包括彼此交替堆叠氮化硅层和二氧化硅层，则可以在衬底层上依次重复交替沉积氮化硅层和二氧化硅层，直至在衬底层上制备形成第一复合隔离层。
91.步骤2、在所述第一复合隔离层上交替制备至少两组薄膜层和第二隔离层。
92.步骤2具体包括如下步骤：
93.步骤201、采用离子注入法和键合法，在所述第一复合隔离层上制备第一薄膜层，所述第一薄膜层可以用于传输光信号或声波信号。
94.首先，在准备好的薄膜基体的键合面注入离子，将所述薄膜基板依次分为薄膜层、分离层和余质层。
95.本技术实施例对所述离子注入的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式，所注入的离子可以为通过热处理能够生成气体的离子，例如：氢离子或
者氦离子。注入氢离子时，注入计量可以为3
×
10
16
ions/cm2～8
×
10
16
ions/cm2，注入能量可以为120kev～400kev；注入氦离子时，注入计量可以为1
×
10
16
ions/cm2～1
×
10
17
ions/cm2，注入能量可以为50kev～1000kev。
96.可以通过调整离子注入深度来调整薄膜层的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的薄膜层的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的薄膜层的厚度越小。
97.然后，将薄膜基板的键合面与第一复合隔离层键合，得到键合体。
98.本技术对薄膜基板与第一复合隔离层键合的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种薄膜基板与第一复合隔离层键合的方式，例如，将薄膜基板的键合面进行表面活化，将的键合面也进行表面活化，再将两个活化后的表面进行键合。
99.本技术对薄膜基板的键合面进行表面活化的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种对薄膜基板进行表面活化的方式，例如，等离子体活化以及化学溶液活化等；同样地，本技术对第一复合隔离层的键合面表面活化的方式也不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可用于第一复合隔离层的键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化。
100.最后，对得到的键合体进行热处理，直至将所述余质层从键合体分离下来。
101.在一种可实现的方式中，对键合体进行热处理，可以在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行热处理，所述热处理的温度为100℃～600℃，热处理时间为1分钟～48小时，在热处理过程中，所述分离层内形成气泡，随着热处理进展，分离层内的气泡连成一片，最后分离层裂开，将余质层与所述薄膜层分离，从而使余质层由键合体上剥离下来，在第一复合隔离层上形成第一薄膜层。
102.在另一种可实现方式中，向热处理中/后的键合体施加机械力，使余质层从键合体上剥离。
103.在本技术实施例中，所述机械力为垂直于键合面的拉力，并且，所述机械力的作用方向为垂直向外，其中，所述“向外”是指由键合面向非键合面。
104.在剥离过程中，向薄膜基板以及衬底层同时施加拉伸力进行拉伸，此时分离层中各分子之间的结合力相比热处理之前减小，因此，通过外力拉伸很容易将薄膜基板沿分离层分开，薄膜基板在沿分离层分开之后，第一薄膜层便停留在第一复合隔离层上。
105.之后可以对第一薄膜层进行抛光减薄至预设厚度，得到具有纳米级厚度的第一薄膜层，优选的，第一薄膜层的厚度为10nm～1μm。
106.进一步地，如果所述复合薄膜结构还包括形成在所述第一薄膜层上的第二复合隔离层，以及形成在所述第二复合隔离层上的第二薄膜层；所述方法还包括一下步骤：
107.步骤202、在所述第一薄膜层的非键合面上制备第二隔离层。
108.如果第二隔离层包括一层子隔离层，可以直接在第一薄膜层上沉积一层隔离层即可；如果第二隔离层包括多个子隔离层，可以依次将不同的子隔离层沉积在第一薄膜层上。
109.步骤203、采用离子注入法和键合法，在所述第二隔离层上制备第二薄膜层。
110.步骤203中在第二隔离层上制备第二薄膜层的方法与步骤201相同。
111.为了得到具有更多薄膜层的复合薄膜结构，可以在步骤203后重复执行上述步骤203和步骤204直至将所有薄膜层按照预设的复合薄膜结构，依次层叠于所述衬底层上，得到复合薄膜结构。
112.在所述衬底层上制备第一复合隔离层的方法可以采用沉积法、磁控溅射或外延生长法；在薄膜层上制备第二隔离层的方法可以采用沉积法或磁控溅射。
113.其中，不同薄膜层的材料可以相同，也可以不同；不同薄膜层的切向可以相同，也可以不同；不同薄膜层的厚度可以相同，也可以不同，本技术实施例对此都不进行限定，在制备复合薄膜结构时，根据实际需求选好材料后，根据预设的复合薄膜结构执行上述步骤。薄膜层可以为铌酸锂、钽酸锂、石英或氮化硅材料等材料，本技术对此不进行限定。
114.其中，衬底层1的材料可以为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟等，本技术对此不进行限定。
115.第一复合隔离层的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氧化铝等，本技术对此不进行限定。
116.第二隔离层的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氧化铝等，本技术对此不进行限定。
117.每个所述薄膜层的厚度可以为10nm-1μm，每个所述子隔离层的厚度为50nm-1um。
118.在一具体实施例中，在步骤1中，可以同时在所述衬底层1的两面上分别制备第一复合隔离层和补偿层5，所述补偿层5具有与所述第一复合隔离层相同结构，其中，所述衬底层1的底表面是指与所述衬底层1的顶表面背对的一面。在衬底层1的两面都层叠有第一复合隔离层，相当于在衬底层的两面施加相同应力，从而可以避免衬底层1翘曲的问题。
119.本技术实施例中，结构部分实施例与方法部分实施例可以相互参见，此处不再赘述。
120.实施例1
121.一种复合薄膜结构，包括衬底层，在所述衬底层的顶表面上层叠有两个薄膜层，第一薄膜层和第二薄膜层；所述衬底层与第一薄膜层之间层叠有第一复合隔离层，所述第一复合隔离层包括四组彼此交替堆叠氮化硅层和二氧化硅层，第一薄膜层和第二薄膜层之间设有一层二氧化硅层，其中，第一薄膜层和第二薄膜层均为铌酸锂薄膜材料。
122.实施例2
123.一种复合薄膜结构，包括衬底层，在所述衬底层的顶表面上层叠有两个薄膜层，第一薄膜层和第二薄膜层；所述衬底层与第一薄膜层之间层叠有第一复合隔离层，所述第一复合隔离层包括四组彼此交替堆叠氮化硅层和二氧化硅层，在所述衬底层的底表面上层叠有补偿层5，补偿层5和第一复合隔离层的结构相同，第一薄膜层和第二薄膜层之间设有一层二氧化硅层，其中，第一薄膜层和第二薄膜层均为铌酸锂薄膜材料。
124.实施例3
125.一种复合薄膜结构，包括衬底层，在所述衬底层的顶表面上层叠有两个薄膜层，第一薄膜层和第二薄膜层；所述衬底层与第一薄膜层之间层叠有第一复合隔离层，所述第一复合隔离层包括四组彼此交替堆叠氮化硅层和二氧化硅层，在所述衬底层的底表面上层叠有补偿层，补偿层和第一复合隔离层的结构相同，第一薄膜层和第二薄膜层之间的第二复合隔离层与第一复合隔离层结构相同，其中，第一薄膜层和第二薄膜层均为铌酸锂薄膜材料。
126.实施例4
127.一种复合薄膜结构，包括衬底层，在所述衬底层的顶表面上层叠有两个薄膜层，第一薄膜层和第二薄膜层；所述衬底层与第一薄膜层之间层叠有第一复合隔离层，所述第一
复合隔离层包括四组彼此交替堆叠氮化硅层和二氧化硅层，在所述衬底层的底表面上层叠有补偿层，补偿层和第一复合隔离层的结构相同，第一薄膜层和第二薄膜层之间的第二复合隔离层与第一复合隔离层结构相同，其中，第一薄膜层为铌酸锂薄膜材料，第二薄膜层为钽酸锂薄膜材料。
128.实施例5
129.一种制备实施例1所述的复合薄膜结构的方法，包括以下步骤：
130.(1)准备尺寸为4英寸且厚度为0.5mm的硅晶圆作为衬底层，并且衬底层具有光滑的表面。将衬底层彻底清洗后，采用沉积法在衬底层顶表面交替地沉积氮化硅层和二氧化硅层。具体地，在衬底层顶表面先沉积氮化硅层，然后在氮化硅层上沉积二氧化硅层，依次重复交替，以形成包括4组堆叠结构氮化硅层/二氧化硅层的第一复合隔离层。
131.(2)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆a，采用离子注入的方法，自铌酸锂晶圆a的-x面将氦离子(he )注入铌酸锂晶圆中，氦离子的注入能量为200kev(可以为50-1000kev)，剂量为4
×
10
16
ions/cm2，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的铌酸锂晶圆a。
132.(3)采用等离子体键合的方法将离子注入后的铌酸锂晶圆a的-x面的薄膜层与衬底层的二氧化硅层进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成 x面朝上的铌酸锂单晶薄膜，即第一薄膜层。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃(可以为100～600℃)，保温时间3h(可以为1分钟～48小时)。
133.(4)对第一薄膜层进行抛光减薄至400nm，得到具有纳米级厚度 x面朝上的第一薄膜层。
134.(5)对第一薄膜层进行沉积工艺，在第一薄膜层上沉积一层1μm厚度的二氧化硅层。
135.(6)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆b，采用离子注入的方法，自铌酸锂晶圆b的-x面将氦离子(he )注入铌酸锂晶片中，氦离子的注入能量为200kev(50-1000kev)，剂量为4
×
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16
ions/cm2。形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的铌酸锂晶圆b。
136.(7)采用等离子体键合的方法将离子注入后的铌酸锂晶圆b的-x面的薄膜层与第一薄膜层上的二氧化硅层进行键合；然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成 x面朝上的第二薄膜层。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。
137.(8)对第二薄膜层进行抛光减薄至400nm，得到具有双层铌酸锂单晶薄膜的复合薄膜结构。
138.实施例6
139.一种制备实施例2所述的复合薄膜结构的方法，与上述实施例5的制备方法相同，不同之处在于步骤(1)，本实施例中，步骤(1)准备尺寸为4英寸且厚度为0.5mm的硅晶圆作为衬底层，并且衬底层具有光滑的表面。将衬底层彻底清洗后，采用沉积法在衬底层顶表面交替地沉积氮化硅层和二氧化硅层。具体地，在衬底层顶表面先沉积氮化硅层，然后在氮化硅层上沉积二氧化硅层，依次重复交替，以形成包括4组堆叠结构氮化硅层/二氧化硅层的第一复合隔离层。类似地，在衬底层的底表面交替地沉积氮化硅层和二氧化硅层，以形成包括4组堆叠结构氮化硅层/二氧化硅层的补偿层。在第一复合隔离层与补偿层中，每个子隔
离层可以具有大约600nm的厚度。
140.实施例7
141.一种制备实施例3所述的复合薄膜结构的方法，与上述实施例6的制备方法相同，不同之处在于步骤(5)，本实施例中，步骤(5)对第一薄膜层进行沉积工艺，先沉积氮化硅层，然后在氮化硅层上沉积二氧化硅层，依次重复交替，以形成包括4组堆叠结构氮化硅层/二氧化硅层的第二复合隔离层。
142.实施例8
143.一种制备实施例4所述的复合薄膜结构的方法，与上述实施例7的制备方法相同，不同之处在于步骤(6)-(8)，本实施例中，
144.(6)准备尺寸为4英寸的钽酸锂晶圆，采用离子注入的方法，自钽酸锂晶圆-x面将氦离子(he )注入钽酸锂晶片中，氦离子的注入能量为200kev，剂量为4
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10
16
ions/cm2。形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的钽酸锂晶圆。
145.(7)采用等离子体键合的方法将离子注入后的钽酸锂晶圆的-x面的薄膜层与第一薄膜层上的二氧化硅层进行键合；然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成 x面朝上的钽酸锂单晶薄膜，即第二薄膜层。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。
146.(8)对第二薄膜层进行抛光减薄至400nm，得到具有铌酸锂/钽酸锂双层单晶薄膜的复合薄膜结构。
147.以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。