Kristalne ravnine in orientacija kristalov sta dva temeljna pojma v kristalografiji, tesno povezana s kristalno strukturo v tehnologiji integriranega vezja na osnovi silicija.
1.Definicija in lastnosti kristalne orientacije
Kristalna orientacija predstavlja določeno smer znotraj kristala, običajno izraženo z indeksi kristalne orientacije. Kristalna orientacija je definirana s povezavo poljubnih dveh mrežnih točk znotraj kristalne strukture in ima naslednje značilnosti: vsaka kristalna orientacija vsebuje neskončno število mrežnih točk; ena kristalna orientacija je lahko sestavljena iz več vzporednih kristalnih orientacij, ki tvorijo družino kristalnih orientacij; družina kristalne orientacije pokriva vse mrežne točke znotraj kristala.
Pomen kristalne orientacije je v tem, da nakazuje smerno razporeditev atomov v kristalu. Na primer, orientacija kristala [111] predstavlja določeno smer, kjer so projekcijska razmerja treh koordinatnih osi 1:1:1.
2. Definicija in lastnosti kristalnih ploskev
Kristalna ravnina je ravnina razporeditve atomov znotraj kristala, ki jo predstavljajo indeksi kristalne ravnine (Millerjevi indeksi). Na primer, (111) kaže, da so recipročne vrednosti presečišč kristalne ravnine na koordinatnih oseh v razmerju 1:1:1. Kristalna ploskev ima naslednje lastnosti: vsaka kristalna ploskev vsebuje neskončno število mrežnih točk; vsaka kristalna ravnina ima neskončno število vzporednih ravnin, ki tvorijo družino kristalnih ravnin; družina kristalnih ravnin pokriva celoten kristal.
Določitev Millerjevih indeksov vključuje vzetje presečišč kristalne ravnine na vsaki koordinatni osi, iskanje njihovih recipročnih vrednosti in njihovo pretvorbo v najmanjše celoštevilsko razmerje. Na primer, kristalna ravnina (111) ima preseke na oseh x, y in z v razmerju 1:1:1.
3. Razmerje med kristalnimi ravninami in kristalno orientacijo
Kristalne ravnine in orientacija kristala sta dva različna načina opisovanja geometrijske strukture kristala. Kristalna orientacija se nanaša na razporeditev atomov vzdolž določene smeri, medtem ko se kristalna ravnina nanaša na razporeditev atomov na določeni ravnini. Ta dva imata določeno korespondenco, vendar predstavljata različne fizične koncepte.
Ključno razmerje: Normalni vektor kristalne ravnine (tj. vektor, pravokoten na to ravnino) ustreza orientaciji kristala. Na primer, normalni vektor kristalne ravnine (111) ustreza orientaciji kristala [111], kar pomeni, da je razporeditev atomov vzdolž smeri [111] pravokotna na to ravnino.
V polprevodniških procesih izbira kristalnih ravnin močno vpliva na zmogljivost naprave. Na primer, v polprevodnikih na osnovi silicija sta pogosto uporabljeni kristalni ravnini ravnini (100) in (111), ker imata različno razporeditev atomov in načine povezovanja v različnih smereh. Lastnosti, kot sta mobilnost elektronov in površinska energija, se razlikujejo na različnih kristalnih ravninah, kar vpliva na delovanje in proces rasti polprevodniških naprav.
4. Praktične aplikacije v polprevodniških procesih
Pri proizvodnji polprevodnikov na osnovi silicija se kristalna orientacija in kristalne ravnine uporabljajo v številnih vidikih:
Rast kristalov: polprevodniški kristali se običajno gojijo vzdolž določenih orientacij kristalov. Kristali silicija najpogosteje rastejo vzdolž orientacije [100] ali [111], ker sta stabilnost in atomska razporeditev v teh orientacijah ugodni za rast kristalov.
Postopek jedkanja: Pri mokrem jedkanju imajo različne kristalne ravnine različne stopnje jedkanja. Na primer, hitrosti jedkanja na ravninah (100) in (111) silicija se razlikujejo, kar ima za posledico anizotropne učinke jedkanja.
Značilnosti naprave: Na mobilnost elektronov v napravah MOSFET vpliva kristalna ravnina. Običajno je mobilnost večja na ravnini (100), zato sodobni MOSFET-ji na osnovi silicija pretežno uporabljajo (100) rezine.
Če povzamemo, kristalne ravnine in kristalne orientacije sta dva temeljna načina za opis strukture kristalov v kristalografiji. Orientacija kristala predstavlja smerne lastnosti znotraj kristala, medtem ko kristalne ravnine opisujejo specifične ravnine znotraj kristala. Ta dva koncepta sta tesno povezana v proizvodnji polprevodnikov. Izbira kristalnih ravnin neposredno vpliva na fizikalne in kemijske lastnosti materiala, medtem ko kristalna orientacija vpliva na rast kristalov in tehnike obdelave. Razumevanje razmerja med kristalnimi ravninami in orientacijami je ključnega pomena za optimizacijo polprevodniških procesov in izboljšanje delovanja naprav.
Čas objave: 8. oktober 2024