【摘 要】
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铌酸锂（LiNbO3,LN）晶体是一种多功能铁电材料,被称为光子学领域中的“硅”。铌酸锂出色的电光、非线性光学、声光和光折变特性,使其在光电子领域受到了广泛关注。而近年来,硅与铌酸锂异质集成技术的发展更是大幅提高了光电子器件的性能,并显著降低了制造成本。因此,硅与铌酸锂的异质集成技术逐渐成为了光电子领域的基础工艺技术。论文针对铌酸锂光电子器件对于铌酸锂异质结构的强烈需求,分析了目前硅与铌酸锂异质集
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铌酸锂（LiNbO3,LN）晶体是一种多功能铁电材料,被称为光子学领域中的“硅”。铌酸锂出色的电光、非线性光学、声光和光折变特性,使其在光电子领域受到了广泛关注。而近年来,硅与铌酸锂异质集成技术的发展更是大幅提高了光电子器件的性能,并显著降低了制造成本。因此,硅与铌酸锂的异质集成技术逐渐成为了光电子领域的基础工艺技术。论文针对铌酸锂光电子器件对于铌酸锂异质结构的强烈需求,分析了目前硅与铌酸锂异质集成技术的国内外研究现状,其中键合技术最大程度地保留了铌酸锂对于晶体切向及质量的自由度,最终选择使用键合法进行硅-铌酸锂异质集成。结合目前流行的键合技术原理,开展了硅-铌酸锂异质键合研究,使用两种方式对硅-铌酸锂进行键合:（1）基于苯并环丁烯（Benzocyclobutene,BCB）进行粘合剂键合;（2）基于热释电效应进行直接键合。对两种方式分别分析了影响键合的关键因素,并对实验进行优化,确定了两种方法的最佳实验条件,并对其键合率和剪切力强度进行了测试。论文主要工作如下:（1）简述了铌酸锂在光电子器件中的应用,并对铌酸锂与其他材料形成异质结构的方法的国内外研究现状进行了说明,明确了硅-铌酸锂异质键合的实用意义,确定了本论文的主要研究对象;（2）基于BCB粘合剂对硅-铌酸锂进行了异质键合,对键合工艺参数进行了整体优化,最终实现了表面无裂纹的硅-铌酸锂异质键合对。在此基础上,使用正交试验法对涂胶厚度、前烘温度、键合压力三个参数进行了分析,最终实现了键合率为98.40%,剪切强度达到8.00 MPa的硅-铌酸锂异质键合体;（3）依据铌酸锂本身的热释电效应,创新性地提出了硅-铌酸锂直接键合方法,探究了基于热释电效应的硅-铌酸锂直接键合的键合机理,分析了最高温度、保温时长以及施加压力三个因素对于键合率以及剪切强度的影响。根据实验确定了直接键合的最优条件为最高温度250℃,保温时长为2小时,施加压力为0.05 MPa,成功获得了键合率97.73%,剪切强度为2.09 MPa的硅-铌酸锂样品。本论文优化了基于BCB的粘合剂键合,并设计了基于热释电效应的直接键合方法,均实现了无裂纹的硅-铌酸锂的异质结构的制造,为加工与制造异质集成的光电子器件,提供了良好效果的工艺基础技术。
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