外延层在半导体器件中的重要性

外延工艺解决了什么问题？

只有体单晶材料难以满足日益发展的各种半导体器件制作的需要。因此，1959年末开发了薄层单晶材料生长技外延生长。那外延技术到底对材料的进步有了什么具体的帮助呢？ 对于硅而言，硅外延生长技术开始的时候，真是硅高频大功率晶体管制做遇见困难的时刻。从晶体管原理来看，要获得高频大功率，必须做到集电区击穿电压要高，串联电阻要小，即饱和压降要小。前者要求集电区材料电阻率要高，而后者要求集电区材料电阻率要低，两省互相矛盾。如果采用集电极区材料厚度减薄的方式来减少串联电阻，会使硅片太薄易碎，无法加工，若降低材料的电阻率，又与第一个要求矛盾，而外延技术的发展则成功地解决了这一困难。

解决方案：在电阻极低的衬底上生长一层高电阻率外延层，器件制作在外延层上，这样高电阻率的外延层保证了管子有高的击穿电压，而低电阻的衬底又降低了基片的电阻，从而降低了饱和压降，从而解决了二者的矛盾。此外，GaAs等Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族以及其他分子化合物半导体材料的气相外延、液相外延等外延技术也都得到很大的发展，已成为绝大多数书微波器件、光电器件、功率器件等制作不可缺少的工艺技术，特别是分子束、金属有机气相外延技术在薄层、超晶格、量子阱、应变超晶格、原子级薄层外延方面的成功应用，为半导体研究的新领域“能带工程”的开拓打下了夯实的基础。

外延技术的7大技能

1、可以在低（高）阻衬底上外延生长高（低）阻外延层。

2、可以在P（N）型衬底上外延生长N（P）型外延层，直接形成PN结，不存在用扩散法在单晶基片上制作PN结时的补偿的问题。

3、与掩膜技术结合，在指定的区域进行选择外延生长，为集成电路和结构特殊的器件的制作创造了条件。

4、可以在外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及浓度，浓度的变化可以是陡变的，也可以是缓变的。

5、可以生长异质，多层，多组分化合物且组分可变的超薄层。

6、可在低于材料熔点温度下进行外延生长，生长速率可控，可以实现原子级尺寸厚度的外延生长。

7、可以生长不能拉制单晶材料，如GaN，三、四元系化合物的单晶层等。

一言以蔽之，外延层比衬底材料更易于获得完美可控的晶体结构，更利于材料的应用开发。

审核编辑：黄飞