Kristalų plokštumos ir kristalų orientacija yra dvi pagrindinės kristalografijos sąvokos, glaudžiai susijusios su silicio pagrindu pagamintų integrinių grandynų technologijos kristalų struktūra.
1. Kristalų orientacijos apibrėžimas ir savybės
Kristalo orientacija žymi tam tikrą kryptį kristale, paprastai išreiškiamą kristalo orientacijos indeksais. Kristalo orientacija apibrėžiama sujungiant bet kuriuos du kristalo struktūros gardelės taškus ir turi šias charakteristikas: kiekviena kristalo orientacija turi begalinį gardelės taškų skaičių; vieno kristalo orientacija gali susidėti iš kelių lygiagrečių kristalo orientacijų, sudarančių kristalų orientacijų šeimą; kristalų orientacijų šeima apima visus kristalo gardelės taškus.
Kristalo orientacijos reikšmė slypi tame, kad ji nurodo atomų kryptinį išsidėstymą kristale. Pavyzdžiui, [111] kristalo orientacija žymi konkrečią kryptį, kur trijų koordinačių ašių projekcijų santykis yra 1:1:1.
2. Kristalinių plokštumų apibrėžimas ir savybės
Kristalo plokštuma yra atomų išsidėstymo kristale plokštuma, pavaizduota kristalo plokštumos indeksais (Millerio indeksais). Pavyzdžiui, (111) rodo, kad kristalo plokštumos sankirtų koordinačių ašyse atvirkštinės funkcijos yra santykiu 1:1:1. Kristalo plokštuma turi šias savybes: kiekvienoje kristalo plokštumoje yra begalinis skaičius gardelės taškų; kiekvienoje kristalo plokštumoje yra begalinis skaičius lygiagrečių plokštumų, sudarančių kristalo plokštumų šeimą; kristalo plokštumų šeima apima visą kristalą.
Millerio indeksų nustatymas apima kristalo plokštumos sankirtų su kiekviena koordinačių ašimi ėmimą, jų atvirkštinių verčių radimą ir pavertimą mažiausiu sveikųjų skaičių santykiu. Pavyzdžiui, (111) kristalo plokštumos sankirtos x, y ir z ašyse yra santykiu 1:1:1.
3. Kristalų plokštumų ir kristalų orientacijos ryšys
Kristalo plokštumos ir kristalo orientacija yra du skirtingi būdai apibūdinti kristalo geometrinę struktūrą. Kristalo orientacija reiškia atomų išsidėstymą tam tikra kryptimi, o kristalo plokštuma – atomų išsidėstymą konkrečioje plokštumoje. Šie du dėsniai tam tikru mastu atitinka vienas kitą, tačiau jie reiškia skirtingas fizikines sąvokas.
Pagrindinis ryšys: kristalo plokštumos normalvektorius (t. y. vektorius, statmenas tai plokštumai) atitinka kristalo orientaciją. Pavyzdžiui, (111) kristalo plokštumos normalvektorius atitinka [111] kristalo orientaciją, o tai reiškia, kad atomų išsidėstymas [111] kryptimi yra statmenas tai plokštumai.
Puslaidininkių procesuose kristalų plokštumų parinkimas labai veikia įrenginio veikimą. Pavyzdžiui, silicio pagrindu pagamintuose puslaidininkiuose dažniausiai naudojamos (100) ir (111) plokštumos, nes jose skirtingomis kryptimis yra skirtingas atomų išsidėstymas ir jungimosi būdai. Tokios savybės kaip elektronų judrumas ir paviršiaus energija skirtingose kristalų plokštumose skiriasi, o tai daro įtaką puslaidininkinių įtaisų veikimui ir augimo procesui.
4. Praktinis pritaikymas puslaidininkių procesuose
Silicio pagrindu pagamintų puslaidininkių gamyboje kristalų orientacija ir kristalų plokštumos taikomos daugeliu aspektų:
Kristalų augimas: Puslaidininkiniai kristalai paprastai auginami išilgai tam tikrų kristalų orientacijų. Silicio kristalai dažniausiai auga išilgai [100] arba [111] orientacijų, nes šių orientacijų stabilumas ir atomų išsidėstymas yra palankūs kristalų augimui.
Ėsdinimo procesas: Šlapiojo ėsdinimo metu skirtingų kristalų plokštumų ėsdinimo greitis skiriasi. Pavyzdžiui, silicio (100) ir (111) plokštumų ėsdinimo greitis skiriasi, todėl susidaro anizotropinis ėsdinimo efektas.
Įrenginio charakteristikos: MOSFET tranzistorių elektronų judrumą veikia kristalo plokštuma. Paprastai judrumas didesnis (100) plokštumoje, todėl šiuolaikiniuose silicio pagrindu pagamintuose MOSFET tranzistoriuose daugiausia naudojamos (100) plokštelės.
Apibendrinant, kristalografijoje kristalų plokštumos ir kristalų orientacijos yra du pagrindiniai būdai apibūdinti kristalų struktūrą. Kristalų orientacija atspindi kryptines savybes kristalo viduje, o kristalų plokštumos apibūdina konkrečias plokštumas kristalo viduje. Šios dvi sąvokos yra glaudžiai susijusios puslaidininkių gamyboje. Kristalų plokštumų pasirinkimas tiesiogiai veikia medžiagos fizikines ir chemines savybes, o kristalų orientacija – kristalų augimą ir apdorojimo metodus. Kristalų plokštumų ir orientacijų ryšio supratimas yra labai svarbus norint optimizuoti puslaidininkių procesus ir pagerinti įrenginių našumą.
Įrašo laikas: 2024-10-08