Kristalinės plokštumos ir kristalų orientacija yra dvi pagrindinės kristalografijos sąvokos, glaudžiai susijusios su silicio integrinių grandynų technologijos kristalų struktūra.
1. Kristalų orientacijos apibrėžimas ir savybės
Kristalo orientacija reiškia konkrečią kryptį kristale, paprastai išreiškiamą kristalų orientacijos indeksais. Kristalo orientacija apibrėžiama sujungiant bet kuriuos du gardelės taškus kristalų struktūroje, ir ji turi tokias charakteristikas: kiekvienoje kristalo orientacijoje yra begalinis skaičius gardelės taškų; vieno kristalo orientacija gali būti sudaryta iš kelių lygiagrečių kristalų orientacijų, sudarančių kristalų orientacijų šeimą; kristalų orientacijos šeima apima visus gardelės taškus kristale.
Kristalų orientacijos reikšmė yra nurodant kryptingą atomų išsidėstymą kristale. Pavyzdžiui, [111] kristalų orientacija reiškia konkrečią kryptį, kurioje trijų koordinačių ašių projekcijų santykiai yra 1:1:1.
2. Kristalinių plokštumų apibrėžimas ir savybės
Kristalinė plokštuma yra atomų išsidėstymo kristale plokštuma, pavaizduota kristalo plokštumos indeksais (Millero indeksais). Pavyzdžiui, (111) rodo, kad kristalinės plokštumos atkarpų koordinačių ašyse grįžtamosios reikšmės yra santykiu 1:1:1. Kristalinė plokštuma turi tokias savybes: kiekvienoje kristalo plokštumoje yra begalinis skaičius gardelės taškų; kiekviena kristalo plokštuma turi begalinį lygiagrečių plokštumų skaičių, sudarančių kristalų plokštumų šeimą; kristalų plokštumų šeima apima visą kristalą.
Milerio indeksų nustatymas apima kiekvienos koordinačių ašies kristalinės plokštumos pertraukas, jų grįžtamąsias vertes ir konvertavimą į mažiausią sveikųjų skaičių santykį. Pavyzdžiui, (111) kristalų plokštuma turi x, y ir z ašių kirtimus santykiu 1:1:1.
3. Ryšys tarp kristalų plokštumų ir kristalų orientacijos
Kristalų plokštumos ir kristalų orientacija yra du skirtingi kristalo geometrinės struktūros apibūdinimo būdai. Kristalų orientacija reiškia atomų išsidėstymą tam tikra kryptimi, o kristalinė plokštuma reiškia atomų išsidėstymą konkrečioje plokštumoje. Šie du turi tam tikrą atitikimą, tačiau jie atspindi skirtingas fizines sąvokas.
Pagrindinis ryšys: normalus kristalinės plokštumos vektorius (ty tai plokštumai statmenas vektorius) atitinka kristalo orientaciją. Pavyzdžiui, normalusis (111) kristalų plokštumos vektorius atitinka [111] kristalo orientaciją, o tai reiškia, kad atominis išsidėstymas [111] kryptimi yra statmenas tai plokštumai.
Puslaidininkiniuose procesuose kristalų plokštumų pasirinkimas labai paveikia įrenginio veikimą. Pavyzdžiui, silicio pagrindo puslaidininkiuose dažniausiai naudojamos kristalų plokštumos yra (100) ir (111) plokštumos, nes jos turi skirtingą atomų išdėstymą ir surišimo būdus skirtingomis kryptimis. Tokios savybės kaip elektronų mobilumas ir paviršiaus energija skiriasi skirtingose kristalų plokštumose, o tai turi įtakos puslaidininkinių įtaisų veikimui ir augimo procesui.
4. Praktiniai pritaikymai puslaidininkių procesuose
Silicio pagrindu pagamintų puslaidininkių gamyboje kristalų orientacija ir kristalų plokštumos taikomos daugeliu aspektų:
Kristalų augimas: Puslaidininkiniai kristalai paprastai auginami pagal tam tikras kristalų orientacijas. Silicio kristalai dažniausiai auga išilgai [100] arba [111] orientacijų, nes stabilumas ir atominis išsidėstymas šiose orientacijose yra palankus kristalų augimui.
ėsdinimo procesas: šlapiojo ėsdinimo metu skirtingos kristalų plokštumos turi skirtingą ėsdinimo greitį. Pavyzdžiui, ėsdinimo greitis (100) ir (111) silicio plokštumose skiriasi, todėl atsiranda anizotropinis ėsdinimo efektas.
Įrenginio charakteristikos: elektronų mobilumą MOSFET įrenginiuose veikia kristalinė plokštuma. Paprastai mobilumas yra didesnis (100) plokštumoje, todėl šiuolaikiniai silicio MOSFET dažniausiai naudoja (100) plokštelių.
Apibendrinant galima pasakyti, kad kristalų plokštumos ir kristalų orientacijos yra du pagrindiniai kristalų struktūros apibūdinimo būdai kristalografijoje. Kristalo orientacija parodo krypties savybes kristale, o kristalų plokštumos apibūdina konkrečias kristalo plokštumas. Šios dvi sąvokos yra glaudžiai susijusios puslaidininkių gamyboje. Kristalų plokštumų pasirinkimas tiesiogiai veikia medžiagos fizines ir chemines savybes, o kristalų orientacija turi įtakos kristalų augimui ir apdorojimo technologijoms. Norint optimizuoti puslaidininkių procesus ir pagerinti įrenginio veikimą, labai svarbu suprasti ryšį tarp kristalų plokštumų ir orientacijų.
Paskelbimo laikas: 2024-10-08