衬底和外延有什么区别？

在半导体产业链中，特别是第三代半导体（宽禁带半导体）产业链中，会有衬底及外延层之分，那外延层的存在有何意义？和衬底的区别是什么呢？

在晶圆制备过程中，存在两个核心环节：一是衬底的制备，二是外延工艺的实施。衬底，这块由半导体单晶材料精心打造的晶圆片，可以作为基础直接投入晶圆制造的流程来生产半导体器件，或者进一步通过外延工艺来增强性能。

那么，什么是外延呢？简而言之，外延就是在经过精细处理（切割、磨削、抛光等）的单晶衬底之上，再生长一层新的单晶。这层新单晶与衬底可以是同种材料，也可以是不同材料，这样可以根据需要来实现同质或异质外延。因为新生长的单晶层会按照衬底的晶相进行扩展，所以被称为外延层。

它的厚度一般只有几微米，以硅为例，硅外延生长就是在具有特定晶向的硅单晶衬底上，再生长一层与衬底晶向相同、电阻率和厚度可控的、晶格结构完美的硅单晶层。

当外延层生长在衬底上后，整体就称为外延片。对于传统的硅半导体产业来说，直接在硅片上制作高频大功率器件会遇到一些技术难题，如集电区的高击穿电压、小串联电阻和小饱和压降的要求难以实现。

而外延技术的引入巧妙地解决了这些问题。解决的方法是：在低电阻率的硅衬底上生长一层高电阻率的外延层，然后在高电阻率的外延层上制作器件。

这样，高电阻率的外延层为器件提供了高的击穿电压，而低电阻率的衬底则减小了基片的电阻，进而降低了饱和压降，从而实现了高击穿电压与小电阻、小压降之间的此外，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。

就第三代半导体器件而言，这类半导体器件几乎都做在外延层上，碳化硅晶片本身只作为衬底。SiC外延材料的厚度、背景载流子浓度等参数直接决定着SiC器件的各项电学性能。高电压应用的碳化硅器件对于外延材料的厚度、背景载流子浓度等参数提出新的要求。因此，碳化硅外延技术对于碳化硅器件性能的充分发挥具有决定性的作用，几乎所有SiC功率器件的制备均是基于高质量SiC外延片，外延层的制作是宽禁带半导体产业重要的一环。