半导体器件外延层的存在意义何在？

我看到一些消息，某个国家的高科技公司已经开发出一种新型的衬底材料，该材料可与GaN晶格匹配并可以很好地生长GaN。 （注意：GaN块状单晶非常难以制备，因此此处提到的GaN是外延层，此处暴露存在外延层的含义之一）。
那为什么衬底和外延层之间有区别呢？外延层的存在有什么意义？接下来，让我们一起探讨本文吧~~外延一词来自希腊语epi，意思是“ ...之上”，因此GanonSi的常用表达很容易理解。外延晶片名称的由来首先，首先普及一个小概念：晶片制备包括两个主要环节：基底制备和外延工艺。
衬底是由半导体单晶材料制成的晶片。衬底可以直接进入晶片制造工艺以生产半导体器件，或者可以通过外延处理对其进行处理以生产外延晶片。
外延是指在单晶基板上生长新单晶的过程，该单晶基板已通过切割，研磨，抛光等进行了仔细处理。新单晶可以是与基板相同的材料，也可以是不同的材料（均质外延或异质外延）。
因为新的单晶层根据衬底的晶相生长，所以称为外延层（厚度通常为几微米，以硅为例：硅外延生长的含义是在硅单晶衬底上具有一定的晶体取向，生长出具有相同晶体取向，不同晶格结构厚度和完整性的晶体层，且具有外延层的基板称为外延晶片（外延晶片=外延层+基板） 。在外延层上制造的器件是正外延的。
如果器件在基板上制造，则称为反向外延。此时，外延层仅起支撑作用。
同质外延异质外延同质外延层和衬底具有相同的材料：例如Si / Si，GaAs / GaAs，GaP / GaP；异质外延层和衬底的材料不同：例如Si / Al2O3，GaS /外延工艺（例如Si，GaAlAs / GaAs和GaN / SiC）解决了哪些问题？仅块状单晶材料难以满足各种半导体器件的增长需求。因此，在1959年底，开发了外延生长的薄层单晶材料生长技术。
那么外延技术对材料的发展有什么具体帮助呢？对于硅而言，当硅外延生长技术开始时，硅高频率和高功率晶体管确实遇到了困难。从晶体管原理的角度来看，为了获得高频和高功率，集电极区域的击穿电压必须高，串联电阻必须小，即饱和电压降必须小。
前者需要在收集器区域中材料的高电阻率，而后者需要在收集器区域中材料的低电阻率。这两个省相互矛盾。
如果减小集电极区域材料的厚度以减小串联电阻，则硅晶片将太薄且易碎而不能被处理。如果降低材料的电阻率，将与第一个要求相矛盾，并且外延技术的发展将会成功。
这个困难已经解决。解决方案：在电阻极低的衬底上生长高电阻外延层，并在外延层上制造器件，以使高电阻外延层确保管具有高击穿电压，而低电阻衬底它还减小了衬底的电阻，从而减小了饱和电压降，从而解决了两者之间的矛盾。
此外，GaAs和其他分子化合物半导体材料（如III-V，II-VI等分子化合物半导体材料）的气相外延，液相外延和其他外延技术也得到了很大的发展，它们已经成为广阔的领域。微波设备，光电设备和功率的绝大部分设备生产必不可少的工艺技术，尤其是分子束和金属有机气相外延技术在薄层，超晶格，量子阱，应变超晶格和原子能级中的成功应用薄层外延是半导体研究的新进展。
油田“能源带项目”的发展奠定了坚实的基础。在实际应用中，宽带隙半导体器件