最後更新:2026年10月8日晶圓製造・基板加工化合物基板(SiC・GaN・藍寶石)中國大陸:位错密度(腐蚀坑密度・EPD)

差排密度(蝕刻坑密度・EPD)是什麼

Etch Pit Density

差排密度是以貫穿單位面積的條數(個/cm²)表示晶體中差排(線狀缺陷)多寡的數值。對晶體進行選擇性蝕刻,計數在差排位置形成的小凹坑(蝕刻坑)所求得的數值,稱為蝕刻坑密度(EPD)。矽幾乎沒有差排,而在GaAs、SiC、GaN等材料中,則是基板的重要品質指標。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

差排密度(Dislocation Density)是表示晶體中所含差排(線狀晶體缺陷)多寡的數值,一般以貫穿單位面積的差排條數(個/cm²)表示。求取差排密度的代表性方法,是以特定化學液蝕刻晶體,計數只有差排露出表面處會快速溶解而形成的小凹坑(蝕刻坑),以此求得的數值稱為蝕刻坑密度(EPD:Etch Pit Density)。

差排所在位置的原子排列紊亂而產生應變,因此在化學上比周圍更容易溶解。每種晶體都有選擇性溶解差排位置的化學液(選擇性蝕刻液),例如SiC使用熔融的氫氧化鉀(KOH)。從蝕刻坑的形狀與大小,也能辨別差排的種類(螺旋差排、刃狀差排、基面差排等)。以顯微鏡計數凹坑數再除以面積即得EPD,並將整片晶圓的分布繪成分布圖來評估晶體品質。作為非破壞性觀察差排的方法,也會使用X光形貌術(X-ray topography)。

差排密度因基板材料而有很大差異。矽單晶可藉由縮頸(necking)等技術,製成幾乎不含差排的狀態。另一方面,GaAs、InP等化合物半導體容易產生差排,密度會隨長晶方式而改變,目前以可減小溫度梯度的垂直布里奇曼法等製作低差排密度的晶體。在SiC基板中,減少會導致元件劣化的基面差排等是一大課題;而在不同材料基板上成長的GaN膜,由於晶格不匹配,差排密度會非常高。差排會導致漏電流增加與元件壽命降低,因此是基板的重要品質指標。

差排密度(蝕刻坑密度・EPD)的常見問題

蝕刻坑密度(EPD)如何量測?
以選擇性溶解差排位置的化學液蝕刻晶體表面,再以顯微鏡計數差排露出處形成的小凹坑(蝕刻坑),除以面積求得。SiC使用熔融的氫氧化鉀等,從凹坑的形狀也能辨別差排的種類。
差排密度高會有什麼問題?
差排周圍的原子排列紊亂,會導致漏電流增加、載子復合造成的特性下降,以及元件壽命縮短。因此在化合物半導體與SiC基板中,差排密度是左右品質與價格的重要指標。

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