Kristalne ravnine i orijentacija kristala dva su ključna koncepta u kristalografiji, usko povezana s kristalnom strukturom u tehnologiji integriranih krugova na bazi silicija.
1. Definicija i svojstva orijentacije kristala
Kristalna orijentacija predstavlja specifičan smjer unutar kristala, obično izražen indeksima kristalne orijentacije. Kristalna orijentacija definirana je povezivanjem bilo koje dvije točke rešetke unutar kristalne strukture i ima sljedeće karakteristike: svaka kristalna orijentacija sadrži beskonačan broj točaka rešetke; orijentacija jednog kristala može se sastojati od više paralelnih kristalnih orijentacija koje tvore obitelj kristalnih orijentacija; obitelj kristalnih orijentacija pokriva sve točke rešetke unutar kristala.
Značaj orijentacije kristala leži u označavanju usmjerenog rasporeda atoma unutar kristala. Na primjer, orijentacija kristala [111] predstavlja specifičan smjer gdje su omjeri projekcija triju koordinatnih osi 1:1:1.
2. Definicija i svojstva kristalnih ravnina
Kristalna ravnina je ravnina rasporeda atoma unutar kristala, predstavljena indeksima kristalne ravnine (Millerovim indeksima). Na primjer, (111) označava da su recipročne vrijednosti odsječaka kristalne ravnine na koordinatnim osima u omjeru 1:1:1. Kristalna ravnina ima sljedeća svojstva: svaka kristalna ravnina sadrži beskonačan broj točaka rešetke; svaka kristalna ravnina ima beskonačan broj paralelnih ravnina koje tvore familiju kristalnih ravnina; familija kristalnih ravnina pokriva cijeli kristal.
Određivanje Millerovih indeksa uključuje uzimanje odsječaka kristalne ravnine na svakoj koordinatnoj osi, pronalaženje njihovih recipročnih vrijednosti i pretvaranje u najmanji cjelobrojni omjer. Na primjer, kristalna ravnina (111) ima odsječke na osima x, y i z u omjeru 1:1:1.
3. Odnos između kristalnih ravnina i orijentacije kristala
Kristalne ravnine i orijentacija kristala dva su različita načina opisivanja geometrijske strukture kristala. Orijentacija kristala odnosi se na raspored atoma duž određenog smjera, dok se kristalna ravnina odnosi na raspored atoma na određenoj ravnini. Ova dva pojma imaju određenu korespondenciju, ali predstavljaju različite fizičke koncepte.
Ključni odnos: Normalni vektor kristalne ravnine (tj. vektor okomit na tu ravninu) odgovara orijentaciji kristala. Na primjer, normalni vektor kristalne ravnine (111) odgovara orijentaciji kristala [111], što znači da je raspored atoma duž smjera [111] okomit na tu ravninu.
U poluvodičkim procesima, odabir kristalnih ravnina uvelike utječe na performanse uređaja. Na primjer, u poluvodičima na bazi silicija, uobičajeno korištene kristalne ravnine su ravnine (100) i (111) jer imaju različite atomske rasporede i metode vezanja u različitim smjerovima. Svojstva poput pokretljivosti elektrona i površinske energije variraju na različitim kristalnim ravninama, što utječe na performanse i proces rasta poluvodičkih uređaja.
4. Praktična primjena u poluvodičkim procesima
U proizvodnji poluvodiča na bazi silicija, orijentacija kristala i kristalne ravnine primjenjuju se u mnogim aspektima:
Rast kristala: Poluvodički kristali se obično uzgajaju duž specifičnih kristalnih orijentacija. Silicijevi kristali najčešće rastu duž orijentacija [100] ili [111] jer su stabilnost i atomski raspored u tim orijentacijama povoljni za rast kristala.
Proces jetkanja: Kod mokrog jetkanja, različite kristalne ravnine imaju različite brzine jetkanja. Na primjer, brzine jetkanja na ravninama (100) i (111) silicija razlikuju se, što rezultira anizotropnim efektima jetkanja.
Karakteristike uređaja: Na pokretljivost elektrona u MOSFET uređajima utječe kristalna ravnina. Tipično, pokretljivost je veća na ravnini (100), zbog čega moderni MOSFET-i na bazi silicija pretežno koriste (100) pločice.
Ukratko, kristalne ravnine i orijentacije kristala dva su temeljna načina opisivanja strukture kristala u kristalografiji. Orijentacija kristala predstavlja usmjerena svojstva unutar kristala, dok kristalne ravnine opisuju specifične ravnine unutar kristala. Ova dva koncepta usko su povezana u proizvodnji poluvodiča. Odabir kristalnih ravnina izravno utječe na fizikalna i kemijska svojstva materijala, dok orijentacija kristala utječe na rast kristala i tehnike obrade. Razumijevanje odnosa između kristalnih ravnina i orijentacija ključno je za optimizaciju poluvodičkih procesa i poboljšanje performansi uređaja.
Vrijeme objave: 08.10.2024.