Krystalové roviny a krystalová orientace jsou dva základní pojmy v krystalografii, úzce související s krystalovou strukturou v technologii integrovaných obvodů na bázi křemíku.
1.Definice a vlastnosti krystalové orientace
Orientace krystalu představuje specifický směr v krystalu, typicky vyjádřený indexy orientace krystalu. Orientace krystalu je definována spojením libovolných dvou bodů mřížky v krystalové struktuře a má následující charakteristiky: každá orientace krystalu obsahuje nekonečný počet bodů mřížky; orientace jediného krystalu se může skládat z více paralelních krystalových orientací tvořících rodinu krystalových orientací; rodina orientace krystalu pokrývá všechny body mřížky v krystalu.
Význam orientace krystalu spočívá v označení směrového uspořádání atomů v krystalu. Například orientace krystalu [111] představuje specifický směr, kde jsou projekční poměry tří souřadnicových os 1:1:1.
2. Definice a vlastnosti krystalových rovin
Krystalová rovina je rovina uspořádání atomů v krystalu, reprezentovaná indexy krystalové roviny (Millerovy indexy). Například (111) udává, 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 bodů mřížky; každá krystalová rovina má nekonečný počet rovnoběžných rovin tvořících rodinu krystalových rovin; rodina krystalových rovin pokrývá celý krystal.
Určení Millerových indexů zahrnuje zachycení průsečíků krystalové roviny na každé souřadnicové ose, nalezení jejich převrácených hodnot a jejich převod na nejmenší celočíselný poměr. Například krystalová rovina (111) má průsečíky na osách x, y a z v poměru 1:1:1.
3. Vztah mezi krystalovými rovinami a krystalovou orientací
Krystalové roviny a krystalová orientace jsou dva různé způsoby popisu geometrické struktury krystalu. Krystalová orientace se týká uspořádání atomů v určitém směru, zatímco krystalová rovina se týká uspořádání atomů v určité rovině. Tyto dva mají určitou shodu, ale představují různé fyzikální pojmy.
Klíčový vztah: Normální vektor krystalové roviny (tj. vektor kolmý k této rovině) odpovídá krystalové orientaci. Například normální vektor krystalové roviny (111) odpovídá orientaci krystalu [111], což znamená, že uspořádání atomů ve směru [111] je kolmé k této rovině.
V polovodičových procesech výběr krystalových rovin výrazně ovlivňuje výkon zařízení. Například u polovodičů na bázi křemíku jsou běžně používanými krystalovými rovinami roviny (100) a (111), protože mají různá uspořádání atomů a způsoby spojování v různých směrech. Vlastnosti jako mobilita elektronů a povrchová energie se na 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 používají v mnoha aspektech:
Růst krystalů: Polovodičové krystaly se typicky pěstují podél specifických krystalových orientací. Krystaly křemíku nejčastěji rostou podél orientací [100] nebo [111], protože stabilita a atomové uspořádání v těchto orientacích jsou příznivé pro růst krystalů.
Proces leptání: Při mokrém leptání mají různé krystalové roviny různé rychlosti leptání. Například rychlosti leptání na (100) a (111) rovinách křemíku se liší, což má za následek anizotropní leptací efekt.
Charakteristika zařízení: Pohyb elektronů v zařízeních MOSFET je ovlivněn krystalovou rovinou. Mobilita je obvykle vyšší na rovině (100), což je důvod, proč moderní MOSFETy na bázi křemíku používají převážně destičky (100).
Stručně řečeno, krystalové roviny a krystalové orientace 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 pojmy jsou ve výrobě polovodičů úzce spjaty. Výběr krystalových rovin přímo ovlivňuje fyzikální a chemické vlastnosti materiálu, zatímco orientace krystalů ovlivňuje růst krystalů a techniky zpracování. Pochopení vztahu mezi krystalovými rovinami a orientacemi je zásadní pro optimalizaci polovodičových procesů a zlepšení výkonu zařízení.
Čas odeslání: říjen-08-2024