Кристалічні площини та орієнтація кристалів – це два основні поняття в кристалографії, тісно пов'язані з кристалічною структурою в технології інтегральних схем на основі кремнію.
1. Визначення та властивості орієнтації кристалів
Орієнтація кристала являє собою певний напрямок у кристалі, який зазвичай виражається індексами орієнтації кристала. Орієнтація кристала визначається з'єднанням будь-яких двох точок решітки в кристалічній структурі та має такі характеристики: кожна орієнтація кристала містить нескінченну кількість точок решітки; орієнтація одного кристала може складатися з кількох паралельних орієнтацій кристала, що утворюють сімейство орієнтацій кристала; сімейство орієнтацій кристала охоплює всі точки решітки в кристалі.
Значення орієнтації кристала полягає у вказівці напрямку розташування атомів у кристалі. Наприклад, орієнтація кристала [111] представляє певний напрямок, де співвідношення проекцій трьох координатних осей становлять 1:1:1.
2. Визначення та властивості кристалічних площин
Кристалічна площина — це площина розташування атомів у кристалі, представлена індексами кристалічної площини (індексами Міллера). Наприклад, (111) вказує на те, що обернені величини перетину кристалічної площини з осями координат знаходяться у співвідношенні 1:1:1. Кристалічна площина має такі властивості: кожна кристалічна площина містить нескінченну кількість точок решітки; кожна кристалічна площина має нескінченну кількість паралельних площин, що утворюють сімейство кристалічних площин; сімейство кристалічних площин охоплює весь кристал.
Визначення індексів Міллера включає в себе взяття точок перетину з площиною кристала на кожній координатній осі, знаходження їх обернених величин та перетворення їх у найменше ціле співвідношення. Наприклад, площина кристала (111) має точки перетину з осями x, y та z у співвідношенні 1:1:1.
3. Зв'язок між кристалічними площинами та орієнтацією кристалів
Кристалічні площини та орієнтація кристала – це два різні способи опису геометричної структури кристала. Орієнтація кристала стосується розташування атомів уздовж певного напрямку, тоді як кристалічна площина стосується розташування атомів на певній площині. Ці два поняття мають певну відповідність, але вони представляють різні фізичні поняття.
Ключовий зв'язок: Нормальний вектор кристалічної площини (тобто вектор, перпендикулярний до цієї площини) відповідає орієнтації кристала. Наприклад, нормальний вектор кристалічної площини (111) відповідає орієнтації кристала [111], що означає, що розташування атомів вздовж напрямку [111] перпендикулярне до цієї площини.
У напівпровідникових процесах вибір кристалічних площин значно впливає на продуктивність пристрою. Наприклад, у напівпровідниках на основі кремнію зазвичай використовуються кристалічні площини (100) та (111), оскільки вони мають різне розташування атомів та методи зв'язку в різних напрямках. Такі властивості, як рухливість електронів та поверхнева енергія, відрізняються на різних кристалічних площинах, впливаючи на продуктивність та процес росту напівпровідникових пристроїв.
4. Практичне застосування в напівпровідникових процесах
У виробництві напівпровідників на основі кремнію орієнтація кристалів та кристалічні площини застосовуються в багатьох аспектах:
Ріст кристалів: Напівпровідникові кристали зазвичай вирощують вздовж певних орієнтацій кристалів. Кристали кремнію найчастіше ростуть вздовж орієнтацій [100] або [111], оскільки стабільність та розташування атомів у цих орієнтаціях сприяють росту кристалів.
Процес травлення: При мокрому травленні різні кристалічні площини мають різну швидкість травлення. Наприклад, швидкості травлення на площинах (100) та (111) кремнію відрізняються, що призводить до анізотропних ефектів травлення.
Характеристики пристрою: Рухливість електронів у MOSFET-пристроях залежить від кристалічної площини. Як правило, рухливість вища на площині (100), тому сучасні кремнієві MOSFET-транзистори переважно використовують пластини (100).
Підсумовуючи, кристалічні площини та орієнтації кристалів – це два фундаментальні способи опису структури кристалів у кристалографії. Орієнтація кристалів відображає спрямовані властивості всередині кристала, тоді як кристалічні площини описують конкретні площини всередині кристала. Ці два поняття тісно пов'язані у виробництві напівпровідників. Вибір кристалічних площин безпосередньо впливає на фізичні та хімічні властивості матеріалу, тоді як орієнтація кристалів впливає на методи росту та обробки кристалів. Розуміння взаємозв'язку між кристалічними площинами та орієнтаціями має вирішальне значення для оптимізації процесів виробництва напівпровідників та покращення продуктивності пристроїв.
Час публікації: 08 жовтня 2024 р.