半导体衬底和外延片是芯片制造的“地基”与“精装层”,衬底提供基础支撑,外延层则通过同质/异质生长提升材料性能,直接决定器件电学特性。
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衬底的核心作用
衬底是由单晶材料(如硅、碳化硅)制成的晶圆片,如同建筑的地基,承载整个芯片结构。它可直接用于器件制造,但更多作为外延生长的基底,其晶向和纯度直接影响外延层质量。 -
外延层的功能突破
外延工艺在衬底上生长几微米厚的新单晶层,分为同质外延(材料相同)和异质外延(材料不同)。例如,硅衬底上生长高电阻率硅外延层,可兼顾高击穿电压与低导通电阻,解决器件性能矛盾。 -
外延片的实际应用
外延片(衬底+外延层)是器件制造的关键材料。外延层表面更平整、缺陷更少,显著提升芯片良率。第三代半导体(如氮化镓)常采用异质外延,在硅衬底上生长高性能化合物层,降低成本并扩展应用场景。
衬底与外延片的协同优化,是半导体技术持续突破的底层驱动力,未来将更聚焦于材料创新与工艺精进。