Planurile de cristal și orientarea cristalului sunt două concepte de bază în cristalografie, strâns legate de structura cristalină în tehnologia circuitelor integrate pe bază de siliciu.
1.Definiția și proprietățile orientării cristalului
Orientarea cristalului reprezintă o direcție specifică în interiorul unui cristal, exprimată de obicei prin indici de orientare a cristalului. Orientarea cristalului este definită prin conectarea oricăror două puncte de rețea în cadrul structurii cristaline și are următoarele caracteristici: fiecare orientare de cristal conține un număr infinit de puncte de rețea; o orientare unică de cristal poate consta din mai multe orientări paralele de cristal formând o familie de orientare a cristalului; familia de orientare a cristalului acoperă toate punctele rețelei din interiorul cristalului.
Semnificația orientării cristalului constă în indicarea aranjamentului direcțional al atomilor în interiorul cristalului. De exemplu, orientarea cristalului [111] reprezintă o direcție specifică în care rapoartele de proiecție ale celor trei axe de coordonate sunt 1:1:1.
2. Definiția și proprietățile planurilor de cristal
Un plan de cristal este un plan de aranjare a atomilor în interiorul unui cristal, reprezentat de indici de plan cristalin (indici Miller). De exemplu, (111) indică faptul că reciprocele interceptelor planului cristalin pe axele de coordonate sunt în raport de 1:1:1. Planul cristalin are următoarele proprietăți: fiecare plan cristalin conține un număr infinit de puncte de rețea; fiecare plan de cristal are un număr infinit de plane paralele formând o familie de planuri de cristal; familia planului de cristal acoperă întregul cristal.
Determinarea indicilor Miller implică luarea interceptelor planului cristalin pe fiecare axă de coordonate, găsirea reciprocelor lor și convertirea lor în cel mai mic raport întreg. De exemplu, planul de cristal (111) are interceptări pe axele x, y și z în raport de 1:1:1.
3. Relația dintre planurile de cristal și orientarea cristalului
Planurile de cristal și orientarea cristalului sunt două moduri diferite de a descrie structura geometrică a unui cristal. Orientarea cristalului se referă la aranjarea atomilor de-a lungul unei direcții specifice, în timp ce un plan de cristal se referă la aranjarea atomilor pe un anumit plan. Aceste două au o anumită corespondență, dar reprezintă concepte fizice diferite.
Relația cheie: vectorul normal al unui plan cristalin (adică vectorul perpendicular pe acel plan) corespunde unei orientări cristalului. De exemplu, vectorul normal al planului de cristal (111) corespunde orientării cristalului [111], ceea ce înseamnă că aranjamentul atomic de-a lungul direcției [111] este perpendiculară pe acel plan.
În procesele semiconductoare, selecția planurilor cristaline afectează foarte mult performanța dispozitivului. De exemplu, în semiconductorii pe bază de siliciu, planurile de cristal utilizate în mod obișnuit sunt planurile (100) și (111) deoarece au aranjamente atomice și metode de legare diferite în direcții diferite. Proprietăți precum mobilitatea electronilor și energia de suprafață variază pe diferite planuri de cristal, influențând performanța și procesul de creștere al dispozitivelor semiconductoare.
4. Aplicaţii practice în procesele semiconductoare
În producția de semiconductori pe bază de siliciu, orientarea cristalului și planurile de cristal sunt aplicate în multe aspecte:
Creșterea cristalelor: cristalele semiconductoare sunt de obicei crescute de-a lungul unor orientări specifice ale cristalului. Cristalele de siliciu cresc cel mai frecvent de-a lungul orientărilor [100] sau [111] deoarece stabilitatea și aranjamentul atomic în aceste orientări sunt favorabile creșterii cristalelor.
Procesul de gravare: În gravarea umedă, diferitele planuri de cristal au rate diferite de gravare. De exemplu, ratele de gravare pe planurile (100) și (111) ale siliciului diferă, rezultând efecte de gravare anizotrope.
Caracteristicile dispozitivului: Mobilitatea electronilor în dispozitivele MOSFET este afectată de planul de cristal. De obicei, mobilitatea este mai mare pe planul (100), motiv pentru care MOSFET-urile moderne pe bază de siliciu folosesc în mod predominant plachete (100).
În rezumat, planurile de cristal și orientările cristalului sunt două moduri fundamentale de a descrie structura cristalelor în cristalografie. Orientarea cristalului reprezintă proprietățile direcționale în interiorul unui cristal, în timp ce planurile cristaline descriu planuri specifice în interiorul cristalului. Aceste două concepte sunt strâns legate în fabricarea semiconductorilor. Selectarea planurilor de cristal are un impact direct asupra proprietăților fizice și chimice ale materialului, în timp ce orientarea cristalului influențează creșterea cristalului și tehnicile de procesare. Înțelegerea relației dintre planurile de cristal și orientări este crucială pentru optimizarea proceselor semiconductoare și îmbunătățirea performanței dispozitivului.
Ora postării: Oct-08-2024