Planurile cristaline și orientarea cristalului sunt două concepte de bază în cristalografie, strâns legate de structura cristalină din tehnologia circuitelor integrate pe bază de siliciu.
1. Definiția și proprietățile orientării cristalului
Orientarea cristalului reprezintă o direcție specifică în cadrul unui cristal, exprimată de obicei prin indici de orientare a cristalului. Orientarea cristalului este definită prin conectarea oricăror două puncte ale rețelei din structura cristalină și are următoarele caracteristici: fiecare orientare a cristalului conține un număr infinit de puncte ale rețelei; o orientare a unui singur cristal poate consta din mai multe orientări paralele ale cristalului care formează o familie de orientări ale cristalului; familia de orientări ale cristalului acoperă toate punctele rețelei din cadrul cristalului.
Semnificația orientării cristalului constă în indicarea aranjamentului direcțional al atomilor în cadrul cristalului. De exemplu, orientarea cristalului [111] reprezintă o direcție specifică în care raporturile de proiecție ale celor trei axe de coordonate sunt 1:1:1.
2. Definiția și proprietățile planurilor cristaline
Un plan cristalin este un plan de aranjament al atomilor în cadrul unui cristal, reprezentat prin indici ai planului cristalin (indici Miller). De exemplu, (111) indică faptul că reciprocele intersecțiilor cu axele planului cristalin pe axele de coordonate sunt în raportul de 1:1:1. Planul cristalin are următoarele proprietăți: fiecare plan cristalin conține un număr infinit de puncte ale rețelei; fiecare plan cristalin are un număr infinit de plane paralele care formează o familie de planuri cristaline; familia de planuri cristaline acoperă întregul cristal.
Determinarea indicilor Miller implică luarea intersecțiilor cu axele planului cristalin pe fiecare axă de coordonate, găsirea reciprocelor lor și convertirea lor în cel mai mic raport întreg. De exemplu, planul cristalin (111) are intersecții cu axele x, y și z în raportul de 1:1:1.
3. Relația dintre planurile cristaline și orientarea cristalului
Planurile cristaline și orientarea cristalină sunt două moduri diferite de a descrie structura geometrică a unui cristal. Orientarea cristalină se referă la aranjamentul atomilor de-a lungul unei direcții specifice, în timp ce un plan cristalin se referă la aranjamentul atomilor pe un plan specific. Aceste două au o anumită corespondență, dar reprezintă concepte fizice diferite.
Relație cheie: Vectorul normal al unui plan cristalin (adică vectorul perpendicular pe acel plan) corespunde unei orientări a cristalului. De exemplu, vectorul normal al planului cristalin (111) corespunde orientării cristaline [111], ceea ce înseamnă că aranjamentul atomic de-a lungul direcției [111] este perpendicular pe acel plan.
În procesele cu semiconductori, selecția planurilor cristaline afectează în mare măsură performanța dispozitivelor. De exemplu, în semiconductorii pe bază de siliciu, planurile cristaline 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 cristaline, influențând performanța și procesul de creștere al dispozitivelor semiconductoare.
4. Aplicații practice în procesele semiconductoare
În fabricarea semiconductorilor pe bază de siliciu, orientarea cristalelor și planurile cristaline sunt aplicate în multe aspecte:
Creșterea cristalelor: Cristalele semiconductoare sunt de obicei crescute de-a lungul unor orientări cristaline specifice. 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 cristaline au rate de gravare variabile. 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 cristalin. De obicei, mobilitatea este mai mare pe planul (100), motiv pentru care MOSFET-urile moderne pe bază de siliciu utilizează predominant plachete (100).
În concluzie, planurile cristaline și orientările cristaline sunt două modalități fundamentale de a descrie structura cristalelor în cristalografie. Orientarea cristalului reprezintă proprietățile direcționale din interiorul unui cristal, în timp ce planurile cristaline descriu planuri specifice din interiorul cristalului. Aceste două concepte sunt strâns legate în fabricarea semiconductorilor. Selecția planurilor cristaline 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 cristaline și orientări este crucială pentru optimizarea proceselor semiconductoarelor și îmbunătățirea performanței dispozitivelor.
Data publicării: 08 oct. 2024