Płaszczyzny kryształu i jego orientacja to dwa podstawowe pojęcia krystalografii, ściśle związane ze strukturą kryształu w technologii układów scalonych na bazie krzemu.
1. Definicja i właściwości orientacji kryształu
Orientacja kryształu reprezentuje określony kierunek w krysztale, zazwyczaj wyrażony za pomocą indeksów orientacji kryształu. Orientację kryształu definiuje się poprzez połączenie dwóch dowolnych punktów sieci w strukturze kryształu i charakteryzuje się ona następującymi cechami: każda orientacja kryształu zawiera nieskończoną liczbę punktów sieci; pojedyncza orientacja kryształu może składać się z wielu równoległych orientacji kryształu tworzących rodzinę orientacji kryształu; rodzina orientacji kryształu obejmuje wszystkie punkty sieci w krysztale.
Znaczenie orientacji kryształu polega na wskazaniu kierunkowego ułożenia atomów w krysztale. Na przykład orientacja kryształu [111] reprezentuje określony kierunek, w którym stosunki projekcji trzech osi współrzędnych wynoszą 1:1:1.
2. Definicja i właściwości płaszczyzn krystalicznych
Płaszczyzna kryształu to płaszczyzna ułożenia atomów w krysztale, reprezentowana przez indeksy płaszczyzny kryształu (indeksy Millera). Na przykład, równanie (111) wskazuje, że odwrotności punktów przecięcia płaszczyzny kryształu na osiach współrzędnych pozostają 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 kryształu obejmuje cały kryształ.
Określenie wskaźników Millera polega na wzięciu przecięć płaszczyzny kryształu na każdej osi współrzędnych, znalezieniu ich odwrotności i przekształceniu ich w najmniejszy stosunek całkowity. Na przykład płaszczyzna kryształu (111) ma przecięcia na osiach x, y i z w stosunku 1:1:1.
3. Związek między płaszczyznami kryształu a orientacją kryształu
Płaszczyzny kryształu i orientacja kryształu to dwa różne sposoby opisywania geometrycznej struktury kryształu. Orientacja kryształu odnosi się do rozmieszczenia atomów wzdłuż określonego kierunku, podczas gdy płaszczyzna kryształu odnosi się do rozmieszczenia atomów na określonej płaszczyźnie. Te dwa pojęcia mają pewną korespondencję, ale reprezentują różne koncepcje fizyczne.
Kluczowa relacja: 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 krystalicznych ma ogromny wpływ na wydajność urządzenia. Na przykład, w półprzewodnikach na bazie krzemu, powszechnie stosowanymi płaszczyznami krystalicznymi są płaszczyzny (100) i (111), ponieważ charakteryzują się one różnym układem atomów i metodami wiązania w różnych kierunkach. Właściwości, takie jak ruchliwość elektronów i energia powierzchniowa, różnią się w zależności od płaszczyzny krystalicznej, wpływając na wydajność i proces wzrostu urządzeń półprzewodnikowych.
4. Zastosowania praktyczne w procesach półprzewodnikowych
W produkcji półprzewodników na bazie krzemu orientacja kryształu i płaszczyzny kryształu znajdują zastosowanie w wielu aspektach:
Wzrost kryształów: Kryształy półprzewodników są zazwyczaj hodowane wzdłuż określonych orientacji kryształów. Kryształy krzemu najczęściej rosną wzdłuż orientacji [100] lub [111], ponieważ stabilność i układ atomów w tych orientacjach sprzyjają wzrostowi kryształów.
Proces trawienia: W trawieniu na mokro różne płaszczyzny kryształu mają różne szybkości trawienia. Na przykład szybkości trawienia na płaszczyznach (100) i (111) krzemu różnią się, co powoduje anizotropowe efekty trawienia.
Charakterystyka urządzenia: Ruchliwość elektronów w urządzeniach MOSFET jest zależna od płaszczyzny kryształu. Zazwyczaj ruchliwość jest wyższa na płaszczyźnie (100), dlatego nowoczesne MOSFET-y na bazie krzemu wykorzystują głównie płytki (100).
Podsumowując, płaszczyzny kryształu i orientacje kryształu to dwa fundamentalne sposoby opisu struktury kryształów w krystalografii. Orientacja kryształu reprezentuje właściwości kierunkowe wewnątrz kryształu, podczas gdy płaszczyzny kryształu opisują poszczególne płaszczyzny wewnątrz kryształu. Te dwa pojęcia są ściśle ze sobą powiązane w produkcji półprzewodników. Wybór płaszczyzn kryształu ma bezpośredni wpływ na właściwości fizyczne i chemiczne materiału, podczas gdy orientacja kryształu wpływa na wzrost kryształu i techniki przetwarzania. Zrozumienie zależności między płaszczyznami kryształu a orientacjami ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji procesów półprzewodnikowych i poprawy wydajności urządzeń.
Czas publikacji: 08-paź-2024