Kristalne ravni i orijentacija kristala su dva osnovna koncepta u kristalografiji, usko povezana sa kristalnom strukturom u tehnologiji integriranih kola na bazi silicija.
1. Definicija i svojstva orijentacije kristala
Kristalna orijentacija predstavlja specifičan smjer unutar kristala, obično izražen indeksima kristalne orijentacije. Kristalna orijentacija se definira povezivanjem bilo koje dvije tačke rešetke unutar kristalne strukture i ima sljedeće karakteristike: svaka kristalna orijentacija sadrži beskonačan broj tačaka rešetke; orijentacija jednog kristala može se sastojati od više paralelnih kristalnih orijentacija koje formiraju familiju kristalnih orijentacija; familija kristalnih orijentacija pokriva sve tačke rešetke unutar kristala.
Značaj orijentacije kristala leži u ukazivanju na usmjereni raspored atoma unutar kristala. Na primjer, orijentacija kristala [111] predstavlja specifičan smjer gdje su omjeri projekcija tri koordinatne ose 1:1:1.
2. Definicija i svojstva kristalnih ravni
Kristalna ravan je ravan rasporeda atoma unutar kristala, predstavljena indeksima kristalne ravni (Millerovim indeksima). Na primjer, (111) označava da su recipročne vrijednosti odsječaka kristalne ravni na koordinatnim osama u omjeru 1:1:1. Kristalna ravan ima sljedeća svojstva: svaka kristalna ravan sadrži beskonačan broj tačaka rešetke; svaka kristalna ravan ima beskonačan broj paralelnih ravni koje formiraju familiju kristalnih ravni; familija kristalnih ravni pokriva cijeli kristal.
Određivanje Millerovih indeksa uključuje uzimanje odsječaka kristalne ravni na svakoj koordinatnoj osi, pronalaženje njihovih recipročnih vrijednosti i pretvaranje u najmanji cjelobrojni omjer. Na primjer, kristalna ravan (111) ima odsječke na x, y i z osama u omjeru 1:1:1.
3. Veza između kristalnih ravni i orijentacije kristala
Kristalne ravni i orijentacija kristala su dva različita načina opisivanja geometrijske strukture kristala. Orijentacija kristala odnosi se na raspored atoma duž određenog smjera, dok se kristalna ravan odnosi na raspored atoma na određenoj ravni. Ova dva pojma imaju određenu korespondenciju, ali predstavljaju različite fizičke koncepte.
Ključni odnos: Normalni vektor kristalne ravni (tj. vektor okomit na tu ravan) odgovara orijentaciji kristala. Na primjer, normalni vektor kristalne ravni (111) odgovara orijentaciji kristala [111], što znači da je raspored atoma duž smjera [111] okomit na tu ravan.
U poluprovodničkim procesima, odabir kristalnih ravni uveliko utiče na performanse uređaja. Na primjer, kod poluprovodnika na bazi silicija, uobičajeno korištene kristalne ravni su ravni (100) i (111) jer imaju različite atomske rasporede i metode vezivanja u različitim smjerovima. Svojstva poput pokretljivosti elektrona i površinske energije variraju na različitim kristalnim ravnima, što utiče na performanse i proces rasta poluprovodničkih uređaja.
4. Praktična primjena u poluprovodničkim procesima
U proizvodnji poluprovodnika na bazi silicija, orijentacija kristala i kristalne ravni primjenjuju se u mnogim aspektima:
Rast kristala: Poluprovodnički kristali se obično uzgajaju duž specifičnih kristalnih orijentacija. Kristali silicija najčešće rastu duž orijentacija [100] ili [111] jer su stabilnost i raspored atoma u tim orijentacijama povoljni za rast kristala.
Proces nagrizanja: Kod mokrog nagrizanja, različite kristalne ravni imaju različite brzine nagrizanja. Na primjer, brzine nagrizanja na ravnima (100) i (111) silicija se razlikuju, što rezultira anizotropnim efektima nagrizanja.
Karakteristike uređaja: Na pokretljivost elektrona u MOSFET uređajima utiče kristalna ravan. Tipično, pokretljivost je veća na (100) ravni, zbog čega moderni MOSFET-ovi na bazi silicija pretežno koriste (100) pločice.
Ukratko, kristalne ravni i orijentacije kristala su dva osnovna načina opisivanja strukture kristala u kristalografiji. Orijentacija kristala predstavlja svojstva usmjerenosti unutar kristala, dok kristalne ravni opisuju specifične ravni unutar kristala. Ova dva koncepta su usko povezana u proizvodnji poluprovodnika. Izbor kristalnih ravni direktno utiče na fizička i hemijska svojstva materijala, dok orijentacija kristala utiče na rast kristala i tehnike obrade. Razumijevanje odnosa između kristalnih ravni i orijentacija ključno je za optimizaciju procesa proizvodnje poluprovodnika i poboljšanje performansi uređaja.
Vrijeme objave: 08.10.2024.