Płaszczyzny kryształów i orientacja kryształów to dwie podstawowe koncepcje krystalografii, ściśle związane ze strukturą kryształu w technologii układów scalonych na bazie krzemu.
1.Definicja i właściwości orientacji kryształów
Orientacja kryształu reprezentuje określony kierunek w krysztale, zwykle wyrażany za pomocą wskaźników orientacji kryształu. Orientację kryształu definiuje się poprzez połączenie dowolnych dwóch punktów sieci w strukturze kryształu i ma ona następujące cechy: każda orientacja kryształu zawiera nieskończoną liczbę punktów sieci; orientacja pojedynczego kryształu może składać się z wielu równoległych orientacji kryształów tworzących rodzinę orientacji kryształów; rodzina orientacji kryształów obejmuje wszystkie punkty sieci w krysztale.
Znaczenie orientacji kryształu polega na wskazaniu kierunkowego rozmieszczenia atomów w krysztale. Na przykład orientacja kryształu [111] reprezentuje określony kierunek, w którym współczynniki rzutowania trzech osi współrzędnych wynoszą 1:1:1.
2. Definicja i właściwości płaszczyzn kryształu
Płaszczyzna kryształu to płaszczyzna rozmieszczenia atomów w krysztale, reprezentowana przez wskaźniki płaszczyzny kryształu (wskaźniki Millera). Na przykład (111) wskazuje, że odwrotność punktów przecięcia płaszczyzny kryształu na osiach współrzędnych jest w stosunku 1:1:1. Płaszczyzna kryształu ma następujące właściwości: każda płaszczyzna kryształu zawiera nieskończoną liczbę punktów sieci; każda płaszczyzna kryształu ma nieskończoną liczbę równoległych płaszczyzn tworzących rodzinę płaszczyzn kryształu; rodzina płaszczyzn kryształów obejmuje cały kryształ.
Wyznaczanie wskaźników Millera polega na wzięciu punktów przecięcia płaszczyzny kryształu na każdej osi współrzędnych, znalezieniu ich odwrotności i przekształceniu ich w najmniejszy stosunek całkowity. Na przykład płaszczyzna kryształu (111) ma punkty przecięcia na osiach x, y i z w stosunku 1:1:1.
3. Związek pomiędzy płaszczyznami kryształu a jego orientacją
Płaszczyzny kryształów i orientacja kryształów to dwa różne sposoby opisu struktury geometrycznej kryształu. Orientacja kryształu odnosi się do ułożenia atomów w określonym kierunku, natomiast płaszczyzna kryształu odnosi się do ułożenia atomów w określonej płaszczyźnie. Te dwa elementy mają ze sobą pewną zgodność, lecz reprezentują różne koncepcje fizyczne.
Kluczowa zależność: wektor normalny płaszczyzny kryształu (tj. wektor prostopadły do tej płaszczyzny) odpowiada orientacji kryształu. Na przykład wektor normalny płaszczyzny kryształu (111) odpowiada orientacji kryształu [111], co oznacza, że układ atomów wzdłuż kierunku [111] jest prostopadły do tej płaszczyzny.
W procesach półprzewodnikowych wybór płaszczyzn kryształu ma ogromny wpływ na wydajność urządzenia. Na przykład w półprzewodnikach na bazie krzemu powszechnie stosowanymi płaszczyznami kryształów są płaszczyzny (100) i (111), ponieważ mają one różne układy atomów i metody wiązania w różnych kierunkach. Właściwości takie jak ruchliwość elektronów i energia powierzchniowa różnią się w różnych płaszczyznach kryształu, wpływając na wydajność i proces wzrostu urządzeń półprzewodnikowych.
4. Praktyczne zastosowania w procesach półprzewodnikowych
W produkcji półprzewodników na bazie krzemu orientacja kryształów i płaszczyzny kryształów mają zastosowanie w wielu aspektach:
Wzrost kryształów: Kryształy półprzewodników są zazwyczaj hodowane wzdłuż określonej orientacji kryształów. Kryształy krzemu najczęściej rosną wzdłuż orientacji [100] lub [111], ponieważ stabilność i rozmieszczenie atomów w tych orientacjach sprzyjają wzrostowi kryształów.
Proces trawienia: Podczas trawienia na mokro różne płaszczyzny kryształów mają różną szybkość trawienia. Na przykład szybkości trawienia w płaszczyznach (100) i (111) krzemu różnią się, co powoduje anizotropowe efekty trawienia.
Charakterystyka urządzenia: Na mobilność elektronów w urządzeniach MOSFET wpływa płaszczyzna kryształu. Zwykle ruchliwość jest wyższa w płaszczyźnie (100), dlatego nowoczesne tranzystory MOSFET na bazie krzemu wykorzystują głównie płytki (100).
Podsumowując, płaszczyzny kryształów i orientacje kryształów to dwa podstawowe sposoby opisu struktury kryształów w krystalografii. Orientacja kryształu reprezentuje właściwości kierunkowe w krysztale, podczas gdy płaszczyzny kryształu opisują określone płaszczyzny w krysztale. Te dwie koncepcje są ściśle powiązane w produkcji półprzewodników. Wybór płaszczyzn kryształów ma bezpośredni wpływ na właściwości fizyczne i chemiczne materiału, podczas gdy orientacja kryształów wpływa na wzrost kryształów i techniki przetwarzania. Zrozumienie zależności między płaszczyznami kryształów i orientacjami ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji procesów półprzewodnikowych i poprawy wydajności urządzeń.
Czas publikacji: 8 października 2024 r