微纳代工 | 光电器件常用基板/衬底（下篇）

基片的基本定义

基片（Wafer），在半导体和光电子器件制造中，是指用于外延生长或其他工艺处理的单晶或多晶材料。基片的主要功能是为活性层的生长提供一个合适的物理和化学环境。与衬底不同，基片更强调其表面特性和晶体结构的一致性。

基片材料的选择和处理直接影响器件的性能。关键特性包括：

• 材料选择：基片材料的选择需考虑其与活性层材料的晶格匹配和热膨胀系数匹配。常见材料包括砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等。

• 表面处理：表面处理技术（如抛光、清洗）确保基片表面的平整度和清洁度，以利于后续外延生长。

• 厚度：基片的厚度通常较薄，以减少材料消耗并提升导热性能。

常见基片材料包括：

• 砷化镓（GaAs）：用于高速电子和光电子器件。

• 氮化镓（GaN）：用于高功率、高频器件。

• 碳化硅（SiC）：用于高温、高压器件。

基片的制造工艺

基片制造工艺主要涉及高精度的外延生长技术：

• 分子束外延（MBE）：通过精确控制气态分子在真空环境下的沉积，实现高质量晶体生长。适用于制造超薄、超纯的单晶薄膜。

• 化学气相沉积（CVD）：利用气相化学反应在基片表面沉积薄膜，广泛用于半导体器件制造。

• 金属有机化学气相沉积（MOCVD）：类似于CVD，但使用金属有机化合物作为前驱体，适用于生长III-V族化合物半导体材料。

基片在电子器件中的作用

基片在电子器件中具有多重功能：

• 活性层的生长：提供高质量的晶体表面，支持活性层材料的外延生长。

• 器件性能的优化：通过控制晶格匹配和材料纯度，优化器件的电学和光学性能。

• 材料特性的改善：在某些应用中，基片材料的特殊性质（如高热导率）可以显著提升器件的整体性能。