半導體襯底是制造半導體器件的基礎(chǔ)材料，其選擇直接影響器件性能和加工工藝。隨著微納加工技術(shù)的進步和MEMS（微機電系統(tǒng)）代工需求的增長，襯底材料的多樣性及適配性變得尤為重要。以下從材料類型、結(jié)構(gòu)特性、應用場景等方面分類，并結(jié)合微納加工與MEMS代工需求進行解析。
1. 按材料類型分類
(1) 元素半導體襯底硅（Si）
應用廣泛的半導體材料，占微納加工市場的90%以上。
優(yōu)勢：成本低、晶圓尺寸大（12英寸為主）、氧化層（SiO?）絕緣性能好，適合CMOS工藝。
應用：集成電路（IC）、MEMS傳感器（如加速度計、陀螺儀）、功率器件等。
鍺（Ge）
早期用于晶體管，但因漏電流問題逐漸被硅取代。
現(xiàn)代應用：作為高遷移率溝道材料，用于FinFET或納米片晶體管（3nm以下先進制程）。
(2) 化合物半導體襯底III-V族化合物（GaAs、InP、GaN）
砷化鎵（GaAs）：高頻特性優(yōu)異，用于5G射頻（RF）器件、光通信激光器。
磷化銦（InP）：超高速光電器件（100G以上光模塊）。
氮化鎵（GaN）：高功率、高溫應用（快充、雷達、電力電子），需特殊微納加工技術(shù)（如干法刻蝕）。
碳化硅（SiC）
寬禁帶半導體，耐高壓、高溫，適用于電動汽車逆變器、工業(yè)電源模塊。
MEMS代工挑戰(zhàn)：硬度高，晶圓切割和刻蝕難度大，需優(yōu)化加工工藝。
氧化鎵（Ga?O?）
超寬禁帶（~4.8 eV），潛在應用在超高壓器件，但微納加工技術(shù)尚不成熟。
2. 按結(jié)構(gòu)分類
(1) 體襯底（Bulk Substrate）
由單晶材料（如硅錠）切割而成，成本低，廣泛用于MEMS代工（如壓力傳感器、麥克風）。
缺點：晶格缺陷可能影響器件良率，需嚴格質(zhì)量控制。
(2) 外延襯底（Epitaxial Substrate）在襯底上生長單晶薄膜（如Si/Si、GaN/SiC），減少缺陷，提升器件性能。
關(guān)鍵應用：
SOI（絕緣體上硅）：硅層-埋氧層-硅襯底，降低寄生電容，用于RF MEMS、低功耗IC。
GaN-on-Si：降低成本，適用于功率電子和LED制造。
(3) 復合襯底異質(zhì)集成（如GaAs/Si、LiNbO?/Si），用于光電子集成和MEMS-IC混合系統(tǒng)。
3. 襯底在微納加工與MEMS代工中的關(guān)鍵考量
(1) 微納加工適配性硅基襯底：光刻、刻蝕、沉積工藝成熟，適合大規(guī)模IC制造。
化合物半導體（GaAs、GaN）：需特殊刻蝕技術(shù)（如ICP-RIE）和晶圓鍵合工藝。
柔性襯底（PI、PET）：用于柔性電子，需低溫微納加工技術(shù)（如噴墨打印、激光直寫）。
(2) MEMS代工需求硅襯底：主流選擇，適用于慣性傳感器、光學MEMS（如DLP微鏡）。
SOI襯底：提高MEMS結(jié)構(gòu)精度（如高精度陀螺儀）。
壓電襯底（LiNbO?、AlN）：用于聲波濾波器（BAW/FBAR）和超聲傳感器。
4. 未來趨勢
異質(zhì)集成：硅基+化合物半導體（如SiPh+GaN），推動5G、自動駕駛發(fā)展。
先進封裝：晶圓級封裝（WLP）要求襯底與TSV（硅通孔）技術(shù)兼容。
MEMS代工升級：更大晶圓尺寸（8英寸GaN）、更高精度刻蝕（納米級結(jié)構(gòu)）。
總結(jié)
半導體襯底的選擇需綜合考慮材料特性（禁帶寬度、遷移率）、微納加工適配性、MEMS代工需求等因素。硅基襯底仍占主導，但寬禁帶半導體（SiC、GaN）和異質(zhì)集成襯底（如SOI）在高端應用中愈發(fā)重要。未來，隨著微納加工技術(shù)的進步，襯底材料將向更高性能、更低成本方向發(fā)展，推動半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)創(chuàng)新。
