翁雪萍 / 工研院材化所
化合物半導體晶體生長技術可分為體積晶體生長與薄膜磊晶兩大類。體積生長中，布里奇曼法與梯度凝固法因低溫度梯度(1~10 ˚C/cm)可製備低位錯密度晶體為主流技術；柴可拉斯基法雖常用於Ⅲ-Ⅴ材料，但位錯密度較高；而PVT法常用於碳化矽(SiC)晶體昇華生長，另有THM與助熔劑法等。薄膜磊晶則包括液相磊晶(LPE)、氣相磊晶（如：CVT、CVD、MOCVD、HVPE）及分子束磊晶(MBE)，廣泛應用於高品質GaN與AlN等材料製程。各種技術皆致力於優化化學計量、溫度與冷卻條件，以提升晶體品質並抑制缺陷產生。
【內文精選】
體積晶體生長技術(Bulk Crystal Growth Techniques)
4. 其他體積生長方法
(1) 行進加熱器法
行進加熱器法(Traveling Heater Method; THM)是一種高溫晶體生長技術，透過向上移動的加熱器驅動源材料熔解，液相自上而下傳輸，最終在下方晶種處結晶成單晶。此法需以擴散控制的方法來進行生長條件，因此適合在微重力環境下進行，以避免熔體對流造成濃度不均。研究顯示，即使僅為地球重力的1%，也會在液相區形成漩渦干擾，為抑制此類對流，可使用磁場輔助。雖THM能提升結晶均勻性，但不適用於大尺寸三元化合物晶圓量產。
薄膜磊晶技術(Thin Film Epitaxy Techniques)
2. 氣相磊晶
(2) 化學氣相沉積
③二維材料生長（以SiC上的石墨烯為例）：石墨烯由單位晶胞中A和B亞晶格上的兩個碳原子組成，其π電子決定了電學性質，呈現狄拉克錐和零質量動力學。在SiC上生長石墨烯通常透過熱分解法，即當SiC基板在氣體或真空環境中加熱時，矽原子選擇性昇華，留在表面的碳原子自發形成石墨烯，這意味著在生長過程中基板會被蝕刻。石墨烯的生長與SiC的表面取向（極性）密切相關。在SiC(0001)（矽面）上，會形成外延的少層石墨烯。界面處會形成一個「緩衝層」，該層透過與矽原子形成化學鍵而失去了其內在的線性電子能帶結構，並作為後續石墨烯層的模板。新的石墨烯層在界面處生長，而在SiC(000-1)（碳面）原子嵌入的方法，會使用原子嵌入（如：氫原子）以破壞緩衝層與SiC之間的化學鍵，從而使緩衝層獲得石墨烯的電子結構，形成準自由單層石墨烯（見圖十∼圖十一）---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十 4H-SiC(0001)表面外延石墨烯的(a) BF；(b)~(d) DF LEEM影像。DF LEEM影像採用(1,0)電子束獲得；電子束能量分別為(a) 5.5、(b) 44.5、(c) 51.1和(d) 58.1 eV
圖十一 超高真空條件下Si面SiC上石墨烯生長過程中的表面結構示意圖。圖中顯示相應的LEEM影像和原子力顯微鏡影像；數字為對應於外延石墨烯的層數。為簡單起見，忽略4H或6HSiC(0001)表面傾向於雙層或三層台階的情況
★本文節錄自《工業材料雜誌》465期，更多資料請見下方附檔。