[科普中国]-气液一固相外延生长法

由气、液、固三种物质状态组合，生长物质先由气态变为液态，再由液态沉积生长成固态晶体的方法。研究发现：将一‘颗金粒置于单晶硅衬底上，加热到370℃以上，在硅面上形成Si溶于Au的溶滴，再引入混合气体H2+SiCl4，使其表面发生Si的还原反应，以致使溶滴中的Si过饱和，过量的Si在单晶硅衬底上结晶，上述连续过程即可形成Si的晶体棱柱将液滴托在上面，生长出细丝状晶须，应用于制备晶片、晶体块材、外延膜等1。

概述一个含有硅原子的气体以适当的方式通过衬底，自反应剂分子释放出的原子在衬底上运动直到它们到达适当的位置，并成为生长源的一部分，在适当的条件下就得到单一的晶向。所得到的外延层精确地为单晶衬底的延续。它是在一定条件下，在经过切、磨、抛等仔细加工的单晶衬底上，生长一层合乎要求的单晶层的方法。

硅外延生长其意义是在具有一定晶向的硅单晶衬底上生长一层具有和衬底相同晶向的电阻率与厚度不同的晶格结构完整性好的晶体。

半导体分立元器件和集成电路制造工艺需要外延生长技术，因半导体其中所含的杂质有N型和P型，通过不同类型的组合，使半导体器件和集成电路具有各种各样的功能，应用外延生长技术就能容易地实现。硅外延生长方法，又可分为气相外延、液相外延、固相外延。目前国际上广泛的采用化学气相沉积生长方法满足晶体的完整性、器件结构的多样化，装置可控简便，批量生产、纯度的保证、均匀性要求2。

特点（1）低（高）阻衬底上外延生长高（低）阻外延层；

（2）P（N）型衬底上外延生长N（P）型外延层；

（3）与掩膜技术结合，在指定的区域进行选择外延生长；

（4）外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及浓度；

（5）生长异质，多层，多组分化合物且组分可变的超薄层；

（6）实现原子级尺寸厚度的控制；

（7）生长不能拉制单晶的材料。

气液固反应器气液固反应器即反应系统中存在气液固三相的反应器。可分为三类（1）气液固三者都是反应物或产物，如氨水与二氧化碳生成碳酸氢铵固体的碳化塔。（2）气液为反应物或产物，固相为催化剂，如苯在镍催化剂上液相加氢制环已烷反应器。（3）两个反应相，第三相为惰性物料，如填料塔中气液反应，填料使气液接触良好；液固反应过程中通惰性气体搅拌；费-托合成气固反应用液体烃导热。三相床的主要优点是操作条件缓和1。

外延生长法外延生长是指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。外延生长技术发展于50年代末60年代初。当时，为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻，又要求材料能耐高压和大电流，因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。外延工艺还广泛用于集成电路中的PN结隔离技术（见隔离技术）和大规模集成电路中改善材料质量方面2。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学