外延工藝解決了什么問題？

只有體單晶材料難以滿足日益發展的各種半導體器件制作的需要。因此，1959年末開發了薄層單晶材料生長技外延生長。那外延技術到底對材料的進步有了什么具體的幫助呢？ 對于硅而言，硅外延生長技術開始的時候，真是硅高頻大功率晶體管制做遇見困難的時刻。從晶體管原理來看，要獲得高頻大功率，必須做到集電區擊穿電壓要高，串聯電阻要小，即飽和壓降要小。前者要求集電區材料電阻率要高，而后者要求集電區材料電阻率要低，兩省互相矛盾。如果采用集電極區材料厚度減薄的方式來減少串聯電阻，會使硅片太薄易碎，無法加工，若降低材料的電阻率，又與第一個要求矛盾，而外延技術的發展則成功地解決了這一困難。

解決方案：在電阻極低的襯底上生長一層高電阻率外延層，器件制作在外延層上，這樣高電阻率的外延層保證了管子有高的擊穿電壓，而低電阻的襯底又降低了基片的電阻，從而降低了飽和壓降，從而解決了二者的矛盾。此外，GaAs等Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族以及其他分子化合物半導體材料的氣相外延、液相外延等外延技術也都得到很大的發展，已成為絕大多數書微波器件、光電器件、功率器件等制作不可缺少的工藝技術，特別是分子束、金屬有機氣相外延技術在薄層、超晶格、量子阱、應變超晶格、原子級薄層外延方面的成功應用，為半導體研究的新領域“能帶工程”的開拓打下了夯實的基礎。

外延技術的7大技能

1、可以在低（高）阻襯底上外延生長高（低）阻外延層。

2、可以在P（N）型襯底上外延生長N（P）型外延層，直接形成PN結，不存在用擴散法在單晶基片上制作PN結時的補償的問題。

3、與掩膜技術結合，在指定的區域進行選擇外延生長，為集成電路和結構特殊的器件的制作創造了條件。

4、可以在外延生長過程中根據需要改變摻雜的種類及濃度，濃度的變化可以是陡變的，也可以是緩變的。

5、可以生長異質，多層，多組分化合物且組分可變的超薄層。

6、可在低于材料熔點溫度下進行外延生長，生長速率可控，可以實現原子級尺寸厚度的外延生長。

7、可以生長不能拉制單晶材料，如GaN，三、四元系化合物的單晶層等。

一言以蔽之，外延層比襯底材料更易于獲得完美可控的晶體結構，更利于材料的應用開發。

審核編輯：黃飛