衬底与外延半导体材料介绍
思瀚产业研究院 中图    2026-01-21

衬底是半导体材料的基础，它的主要作用是提供一个平整的表面以制造芯片或外延生长为外延片后再制造芯片。外延通常是在衬底上通过化学气相沉积（CVD）或分子束外延（MBE）等薄膜沉积技术在衬底上生长一层单晶薄膜材料的过程。

衬底经过外延生长后制成外延片后再进行器件工艺制造。大部分外延材料与衬底为同质材料（如硅、砷化镓、磷化铟、碳化硅等），称为同质外延，而氮化镓外延与衬底是异质材料，称为异质外延。氮化镓外延配套的衬底材料通常包括蓝宝石基图形化衬底、硅、碳化硅等。

化合物半导体器件的功能主要在外延片上的单晶薄膜层实现，而外延单晶薄膜层的品质主要取决于衬底材料与外延材料的适配程度，对于一般半导体材料而言，同质外延更容易实现。

异质外延衬底的选择对于外延片的性能和特性具有重要影响，如衬底的热膨胀系数决定了外延片和衬底之间的热应力，对外延片的晶体结构和性能产生影响；衬底的晶格常数决定了外延片的晶格常数，对外延片的性能产生影响。

外延片是半导体器件的基础材料。不同种类的外延片可以通过半导体工艺制造出各种功能元件，包括 CMOS 大规模集成电路、各种分立器件如场效应晶体管（FET）、光电器件等。因此，外延片的性能和质量对于整个半导体产品的性能和质量具有重要的影响。