Kristalne ravnine i orijentacija kristala dva su temeljna pojma u kristalografiji, usko povezana s kristalnom strukturom u tehnologiji integriranih krugova temeljenoj na siliciju.
1.Definicija i svojstva orijentacije kristala
Orijentacija kristala predstavlja određeni smjer unutar kristala, koji se obično izražava indeksima orijentacije kristala. Kristalna orijentacija definirana je povezivanjem bilo koje dvije točke rešetke unutar kristalne strukture, a ima sljedeće karakteristike: svaka kristalna orijentacija sadrži beskonačan broj točaka rešetke; jednokristalna orijentacija može se sastojati od višestrukih paralelnih kristalnih orijentacija koje tvore obitelj kristalnih orijentacija; obitelj kristalne orijentacije pokriva sve točke rešetke unutar kristala.
Značaj orijentacije kristala leži u označavanju usmjerenog rasporeda atoma unutar kristala. Na primjer, orijentacija kristala [111] predstavlja određeni smjer gdje su omjeri projekcija triju koordinatnih osi 1:1:1.
2. Definicija i svojstva kristalnih ploha
Kristalna ravnina je ravnina rasporeda atoma unutar kristala, predstavljena indeksima kristalne ravnine (Millerovi indeksi). Na primjer, (111) pokazuje da su recipročne vrijednosti sjecišta 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 obitelj kristalnih ravnina; obitelj kristalnih ravni pokriva cijeli kristal.
Određivanje Millerovih indeksa uključuje uzimanje presjeka kristalne ravnine na svakoj koordinatnoj osi, pronalaženje njihovih recipročnih vrijednosti i njihovo pretvaranje u najmanji omjer cijelog broja. Na primjer, kristalna ravnina (111) ima sjecišta na osi 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 imaju određenu korespondenciju, ali predstavljaju različite fizikalne 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 pravca [111] okomit na tu ravninu.
U poluvodičkim procesima, odabir kristalnih ravnina uvelike utječe na performanse uređaja. Na primjer, u poluvodičima na bazi silicija, obično korištene kristalne ravnine su (100) i (111) ravnine jer imaju različite rasporede atoma i metode povezivanja u različitim smjerovima. Svojstva kao što su pokretljivost elektrona i površinska energija variraju na različitim kristalnim ravninama, utječući na performanse i proces rasta poluvodičkih uređaja.
4. Praktične primjene u poluvodičkim procesima
U proizvodnji poluvodiča na bazi silicija, kristalna orijentacija i kristalne ravnine primjenjuju se u mnogim aspektima:
Rast kristala: Poluvodički kristali obično se uzgajaju duž određenih orijentacija kristala. Kristali silicija najčešće rastu duž [100] ili [111] orijentacije jer su stabilnost i raspored atoma u tim orijentacijama povoljni za rast kristala.
Proces jetkanja: Kod mokrog jetkanja različite kristalne ravnine imaju različite brzine jetkanja. Na primjer, brzine jetkanja na (100) i (111) ravninama silicija razlikuju se, što rezultira anizotropnim učincima jetkanja.
Karakteristike uređaja: Na mobilnost elektrona u MOSFET uređajima utječe kristalna ravnina. Tipično, pokretljivost je veća na (100) ravnini, zbog čega moderni MOSFET-ovi bazirani na siliciju pretežno koriste (100) pločice.
Ukratko, kristalne ravnine i kristalne orijentacije dva su temeljna načina za opisivanje strukture kristala u kristalografiji. Orijentacija kristala predstavlja svojstva usmjerenja unutar kristala, dok kristalne ravnine opisuju specifične ravnine unutar kristala. Ova su dva koncepta usko 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 presudno je za optimizaciju poluvodičkih procesa i poboljšanje performansi uređaja.
Vrijeme objave: 8. listopada 2024