Kristalne ravnine in orientacija kristalov sta dva osrednja koncepta v kristalografiji, tesno povezana s kristalno strukturo v tehnologiji integriranih vezij na osnovi silicija.
1. Definicija in lastnosti kristalne orientacije
Kristalna orientacija predstavlja specifično smer znotraj kristala, ki jo običajno izražajo indeksi kristalne orientacije. Kristalna orientacija je definirana s povezovanjem 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 kristalnih orientacij pokriva vse mrežne točke znotraj kristala.
Pomen orientacije kristala je v tem, da kaže na smer razporeditve atomov znotraj kristala. Na primer, orientacija kristala [111] predstavlja specifično smer, kjer so projekcijska razmerja treh koordinatnih osi 1:1:1.
2. Definicija in lastnosti kristalnih ravnin
Kristalna ravnina je ravnina razporeditve atomov znotraj kristala, ki jo predstavljajo indeksi kristalnih ravnin (Millerjevi indeksi). Na primer, (111) pomeni, da so recipročne vrednosti presečišč kristalne ravnine na koordinatnih oseh v razmerju 1:1:1. Kristalna ravnina ima naslednje lastnosti: vsaka kristalna ravnina vsebuje neskončno število mrežnih točk; vsaka kristalna ravnina ima neskončno število vzporednih ravnin, ki tvorijo družino kristalnih ravnin; družina kristalnih ravnin pokriva celoten kristal.
Določanje Millerjevih indeksov vključuje merjenje presečišč kristalne ravnine na vsaki koordinatni osi, iskanje njihovih recipročnih vrednosti in pretvorbo le-teh v najmanjše celoštevilsko razmerje. Na primer, kristalna ravnina (111) ima presečišča na oseh x, y in z v razmerju 1:1:1.
3. Razmerje med kristalnimi ravninami in orientacijo kristalov
Kristalne ravnine in orientacija kristala sta dva različna načina opisovanja geometrijske strukture kristala. Orientacija kristala se nanaša na razporeditev atomov vzdolž določene smeri, medtem ko se kristalna ravnina nanaša na razporeditev atomov na določeni ravnini. Ta dva pojma imata določeno korespondenco, vendar predstavljata različna fizikalna koncepta.
Ključna povezava: 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 postopkih izbira kristalnih ravnin močno vpliva na delovanje naprave. Na primer, v polprevodnikih na osnovi silicija se pogosto uporabljata kristalni ravnini (100) in (111), ker imata različno razporeditev atomov in načine vezanja 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. Praktična uporaba v polprevodniških procesih
Pri proizvodnji polprevodnikov na osnovi silicija se orientacija kristalov in kristalne ravnine uporabljajo v številnih pogledih:
Rast kristalov: Polprevodniški kristali se običajno gojijo vzdolž specifičnih kristalnih orientacij. Silicijevi kristali najpogosteje rastejo vzdolž orientacij [100] ali [111], ker sta stabilnost in atomska razporeditev v teh orientacijah ugodna za rast kristalov.
Postopek jedkanja: Pri mokrem jedkanju imajo različne kristalne ravnine različne hitrosti jedkanja. Na primer, hitrosti jedkanja na ravninah (100) in (111) silicija se razlikujejo, kar povzroči anizotropne učinke jedkanja.
Značilnosti naprave: Na gibljivost elektronov v MOSFET-ih vpliva kristalna ravnina. Običajno je gibljivost večja na ravnini (100), zato sodobni MOSFET-i na osnovi silicija pretežno uporabljajo rezine (100).
Skratka, kristalne ravnine in orientacije kristalov sta dva temeljna načina za opis strukture kristalov v kristalografiji. Orientacija kristalov 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 orientacija kristalov 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