Кристалните равнини и кристалната ориентация са две основни понятия в кристалографията, тясно свързани с кристалната структура в технологията на интегралните схеми на базата на силиций.
1. Определение и свойства на кристалната ориентация
Кристалната ориентация представлява специфична посока в кристала, обикновено изразявана чрез индекси на кристална ориентация. Кристалната ориентация се определя чрез свързване на всякакви 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 кристални ориентации обхваща всички точки на решетката в кристала.
Значението на кристалната ориентация се състои в това да посочи посоката на разположение на атомите в кристала. Например, кристалната ориентация [111] представлява специфична посока, където съотношенията на проекциите на трите координатни оси са 1:1:1.
2. Определение и свойства на кристалните равнини
Кристалната равнина е равнина на разположението на атомите в кристала, представена чрез индекси на кристалната 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 кристални равнини обхваща целия кристал.
Определянето на индексите на Милър включва вземане на пресечните точки на кристалната равнина по всяка координатна ос, намиране на техните реципрочни стойности и преобразуването им в най-малкото цяло числово съотношение. Например, кристалната равнина (111) има пресечни точки по осите x, y и z в съотношение 1:1:1.
3. Връзката между кристалните равнини и кристалната ориентация
Кристалните равнини и кристалната ориентация са два различни начина за описание на геометричната структура на кристала. Кристалната ориентация се отнася до разположението на атомите по определена посока, докато кристалната равнина се отнася до разположението на атомите върху определена равнина. Тези две понятия имат определено съответствие, но представляват различни физически понятия.
Ключова връзка: Нормалният вектор на кристалната равнина (т.е. векторът, перпендикулярен на тази равнина) съответства на кристалната ориентация. Например, нормалният вектор на кристалната равнина (111) съответства на кристалната ориентация [111], което означава, че атомното разположение по посока [111] е перпендикулярно на тази равнина.
В полупроводниковите процеси, изборът на кристални равнини силно влияе върху производителността на устройството. Например, в полупроводниците на силициева основа, често използваните кристални равнини са равнините (100) и (111), тъй като те имат различно атомно разположение и методи на свързване в различни посоки. Свойства като мобилност на електрони и повърхностна енергия варират в различните кристални равнини, което влияе върху производителността и процеса на растеж на полупроводниковите устройства.
4. Практически приложения в полупроводниковите процеси
В производството на полупроводници на силициева основа, 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 кристали.
Процес на ецване: При мокрото ецване, различните кристални равнини имат различна скорост на ецване. Например, скоростите на ецване в равнините (100) и (111) 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 MOSFET транзистори на силициева основа използват предимно (100) пластини.
В обобщение, кристалните равнини и кристалните ориентации са два основни начина за описание на структурата на кристалите в кристалографията. Кристалната ориентация представлява свойствата на посоката в кристала, докато кристалните равнини описват специфични равнини в кристала. Тези две понятия 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 и техниките за обработка на кристали. Разбирането на връзката между кристалните равнини и ориентациите е от решаващо значение за оптимизиране на полупроводниковите процеси и подобряване на производителността на устройствата.
Време на публикуване: 08.08.2024 г.