Кристалните равнини и ориентацията на кристалите са две основни концепции в кристалографията, тясно свързани с кристалната структура в базираната на силиций интегрална схема.
1. Определение и свойства на ориентацията на кристала
Кристалната ориентация представлява специфична посока в кристала, обикновено изразена чрез индекси на кристална ориентация. Кристалната ориентация се определя чрез свързване на произволни две точки на решетката в кристалната структура и има следните характеристики: всяка кристална ориентация съдържа безкраен брой точки на решетката; една кристална ориентация може да се състои от множество паралелни кристални ориентации, образуващи семейство кристални ориентации; семейството на кристалната ориентация обхваща всички точки на решетката в кристала.
Значението на ориентацията на кристала се състои в посочване на насоченото разположение на атомите в кристала. Например ориентацията на кристала [111] представлява специфична посока, където проекционните съотношения на трите координатни оси са 1:1:1.
2. Определение и свойства на кристалните равнини
Кристалната равнина е равнина на разположение на атомите в кристал, представена от индекси на кристална равнина (индекси на Милър). Например (111) показва, че реципрочните стойности на пресечните точки на кристалната равнина върху координатните оси са в съотношение 1:1:1. Кристалната равнина има следните свойства: всяка кристална равнина съдържа безкраен брой точки на решетката; всяка кристална равнина има безкраен брой успоредни равнини, образуващи семейство кристални равнини; семейството на кристалната равнина покрива целия кристал.
Определянето на индексите на Милър включва вземане на пресечните точки на кристалната равнина на всяка координатна ос, намиране на техните реципрочни стойности и преобразуването им в най-малкото цяло число. Например кристалната равнина (111) има пресечки по осите x, y и z в съотношение 1:1:1.
3. Връзката между кристалните равнини и ориентацията на кристала
Кристалните равнини и кристалната ориентация са два различни начина за описване на геометричната структура на кристала. Кристалната ориентация се отнася до подреждането на атомите в определена посока, докато кристалната равнина се отнася до подреждането на атомите в определена равнина. Тези две имат известно съответствие, но представляват различни физически концепции.
Ключова връзка: Нормалният вектор на кристална равнина (т.е. векторът, перпендикулярен на тази равнина) съответства на кристална ориентация. Например нормалният вектор на кристалната равнина (111) съответства на ориентацията на кристала [111], което означава, че разположението на атомите по посока на [111] е перпендикулярно на тази равнина.
В полупроводниковите процеси изборът на кристални равнини значително влияе върху производителността на устройството. Например, в базираните на силиций полупроводници, често използваните кристални равнини са равнините (100) и (111), тъй като те имат различни атомни подредби и методи на свързване в различни посоки. Свойства като мобилност на електрони и повърхностна енергия варират в различните кристални равнини, оказвайки влияние върху производителността и процеса на растеж на полупроводниковите устройства.
4. Практически приложения в полупроводникови процеси
В производството на полупроводници на базата на силиций кристалната ориентация и кристалните равнини се прилагат в много аспекти:
Растеж на кристали: Полупроводниковите кристали обикновено се отглеждат по специфични кристални ориентации. Силициевите кристали най-често растат по ориентациите [100] или [111], тъй като стабилността и атомното разположение в тези ориентации са благоприятни за растежа на кристалите.
Процес на ецване: При мокрото ецване различните кристални равнини имат различни скорости на ецване. Например, скоростите на ецване на (100) и (111) равнините на силиция се различават, което води до анизотропни ефекти на ецване.
Характеристики на устройството: Подвижността на електроните в MOSFET устройствата се влияе от кристалната равнина. Обикновено мобилността е по-висока в равнината (100), поради което съвременните базирани на силиций MOSFET използват предимно (100) пластини.
В обобщение, кристалните равнини и кристалните ориентации са два основни начина за описване на структурата на кристалите в кристалографията. Ориентацията на кристала представлява свойствата на посоката в кристала, докато кристалните равнини описват специфични равнини в кристала. Тези две концепции са тясно свързани в производството на полупроводници. Изборът на кристални равнини влияе пряко върху физичните и химичните свойства на материала, докато кристалната ориентация влияе върху растежа на кристалите и техниките за обработка. Разбирането на връзката между кристалните равнини и ориентациите е от решаващо значение за оптимизиране на полупроводниковите процеси и подобряване на производителността на устройството.
Време на публикуване: 8 октомври 2024 г