Krystalové roviny a orientace krystalů jsou dva základní koncepty v krystalografii, úzce související s krystalovou strukturou v technologii integrovaných obvodů na bázi křemíku.
1. Definice a vlastnosti orientace krystalů
Orientace krystalu představuje specifický směr v krystalu, typicky vyjádřený indexy orientace krystalu. Orientace krystalu je definována spojením libovolných dvou mřížkových bodů v krystalové struktuře a má následující charakteristiky: každá orientace krystalu obsahuje nekonečný počet mřížkových bodů; orientace jednoho krystalu se může skládat z více paralelních orientací krystalu tvořících rodinu orientací krystalu; rodina orientací krystalu pokrývá všechny mřížkové body v krystalu.
Význam orientace krystalu spočívá v indikaci směrového uspořádání atomů v krystalu. Například orientace krystalu [111] představuje specifický směr, kde projekční poměry tří souřadnicových os jsou 1:1:1.
2. Definice a vlastnosti krystalových rovin
Krystalová rovina je rovina uspořádání atomů v krystalu, reprezentovaná indexy krystalových rovin (Millerovými indexy). Například (111) znamená, že převrácené hodnoty průsečíků krystalové roviny na souřadnicových osách jsou v poměru 1:1:1. Krystalová rovina má následující vlastnosti: každá krystalová rovina obsahuje nekonečný počet mřížkových bodů; každá krystalová rovina má nekonečný počet rovnoběžných rovin tvořících rodinu krystalových rovin; rodina krystalových rovin pokrývá celý krystal.
Stanovení Millerových indexů zahrnuje nalezení průsečíků s osou krystalové roviny na každé souřadnicové ose, nalezení jejich reciprokých hodnot a jejich převod na nejmenší celočíselný poměr. Například krystalová rovina (111) má průsečíky s osou x, y a z v poměru 1:1:1.
3. Vztah mezi krystalovými rovinami a orientací krystalů
Krystalové roviny a orientace krystalu jsou dva různé způsoby popisu geometrické struktury krystalu. Orientace krystalu označuje uspořádání atomů podél určitého směru, zatímco krystalová rovina označuje uspořádání atomů v určité rovině. Tyto dva pojmy si vzájemně korespondují, ale představují různé fyzikální koncepty.
Klíčový vztah: Normálový vektor krystalové roviny (tj. vektor kolmý k této rovině) odpovídá orientaci krystalu. Například normálový vektor krystalové roviny (111) odpovídá orientaci krystalu [111], což znamená, že uspořádání atomů ve směru [111] je kolmé k této rovině.
V polovodičových procesech má výběr krystalových rovin velký vliv na výkon součástky. Například u polovodičů na bázi křemíku se běžně používanými krystalovými rovinami jsou roviny (100) a (111), protože mají odlišné uspořádání atomů a metody vazeb v různých směrech. Vlastnosti, jako je pohyblivost elektronů a povrchová energie, se v různých krystalových rovinách liší, což ovlivňuje výkon a proces růstu polovodičových součástek.
4. Praktické aplikace v polovodičových procesech
Při výrobě polovodičů na bázi křemíku se orientace krystalů a krystalové roviny uplatňují v mnoha aspektech:
Růst krystalů: Polovodičové krystaly se obvykle pěstují podél specifických krystalových orientací. Krystaly křemíku nejčastěji rostou podél orientací [100] nebo [111], protože stabilita a uspořádání atomů v těchto orientacích jsou pro růst krystalů příznivé.
Proces leptání: Při mokrém leptání mají různé krystalové roviny různé rychlosti leptání. Například rychlosti leptání v rovinách (100) a (111) křemíku se liší, což má za následek anizotropní leptací efekty.
Charakteristiky součástky: Mobilita elektronů v MOSFET tranzistorech je ovlivněna krystalovou rovinou. Mobilita je obvykle vyšší v rovině (100), a proto moderní křemíkové MOSFETy převážně používají destičky (100).
Stručně řečeno, krystalové roviny a orientace krystalů jsou dva základní způsoby popisu struktury krystalů v krystalografii. Orientace krystalu představuje směrové vlastnosti v krystalu, zatímco krystalové roviny popisují specifické roviny v krystalu. Tyto dva koncepty spolu úzce souvisejí ve výrobě polovodičů. Výběr krystalových rovin přímo ovlivňuje fyzikální a chemické vlastnosti materiálu, zatímco orientace krystalu ovlivňuje růst krystalů a techniky zpracování. Pochopení vztahu mezi krystalovými rovinami a orientacemi je klíčové pro optimalizaci polovodičových procesů a zlepšení výkonu zařízení.
Čas zveřejnění: 8. října 2024