Kristalne ravni i orijentacija kristala su dva ključna koncepta u kristalografiji, usko povezana sa kristalnom strukturom u tehnologiji integriranih kola baziranih na silicijumu.
1.Definicija i svojstva orijentacije kristala
Orijentacija kristala predstavlja određeni smjer unutar kristala, koji se obično izražava indeksima orijentacije kristala. Orijentacija kristala je definisana povezivanjem bilo koje dvije tačke rešetke unutar kristalne strukture, a ima sljedeće karakteristike: svaka kristalna orijentacija sadrži beskonačan broj tačaka rešetke; orijentacija jednog kristala može se sastojati od više paralelnih kristalnih orijentacija koje formiraju porodicu kristalnih orijentacija; porodica kristalne orijentacije pokriva sve tačke rešetke unutar kristala.
Značaj orijentacije kristala leži u indikaciji usmjerenog rasporeda atoma unutar kristala. Na primjer, orijentacija kristala [111] predstavlja specifičan smjer u kojem 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 (Millerovi indeksi). Na primjer, (111) pokazuje da su recipročne vrijednosti presjeka 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 porodicu kristalnih ravni; porodica kristalnih ravni pokriva ceo kristal.
Određivanje Millerovih indeksa uključuje uzimanje presjeka kristalne ravni na svakoj koordinatnoj osi, pronalaženje njihovih recipročnih vrijednosti i njihovo pretvaranje u najmanji cjelobrojni omjer. Na primjer, (111) kristalna ravan ima presjeke na osama x, y i z u omjeru 1:1:1.
3. Odnos između kristalnih ravni i kristalne orijentacije
Kristalne ravni i orijentacija kristala su dva različita načina opisivanja geometrijske strukture kristala. Kristalna orijentacija se odnosi na raspored atoma duž određenog smjera, dok se kristalna ravan odnosi na raspored atoma na određenoj ravni. Ova dva imaju određenu korespondenciju, ali predstavljaju različite fizičke koncepte.
Ključni odnos: Normalni vektor ravni kristala (tj. vektor okomit na tu ravan) odgovara orijentaciji kristala. Na primjer, vektor normale (111) kristalne ravni odgovara orijentaciji kristala [111], što znači da je atomski raspored duž pravca [111] okomit na tu ravan.
U poluvodičkim procesima, odabir ravni kristala uvelike utiče na performanse uređaja. Na primjer, u poluvodičima na bazi silicija, obično korištene kristalne ravni su ravni (100) i (111) jer imaju različite atomske rasporede i metode vezivanja u različitim smjerovima. Svojstva kao što su pokretljivost elektrona i površinska energija variraju na različitim kristalnim ravnima, utičući na performanse i proces rasta poluvodičkih uređaja.
4. Praktične primjene u poluvodičkim procesima
U proizvodnji poluprovodnika na bazi silicijuma, kristalna orijentacija i kristalne ravni se primjenjuju u mnogim aspektima:
Rast kristala: Poluprovodnički kristali se obično uzgajaju duž specifičnih orijentacija kristala. Kristali silicijuma najčešće rastu duž [100] ili [111] orijentacija jer su stabilnost i atomski raspored u tim orijentacijama povoljni za rast kristala.
Proces jetkanja: Kod mokrog jetkanja, različite kristalne ravni imaju različite stope jetkanja. Na primjer, brzine jetkanja na (100) i (111) ravni silicijuma se razlikuju, što rezultira anizotropnim efektima jetkanja.
Karakteristike uređaja: Na pokretljivost elektrona u MOSFET uređajima utiče ravnina kristala. Obično je mobilnost veća na (100) ravni, zbog čega moderni MOSFET bazirani na silikonu pretežno koriste (100) pločice.
Ukratko, kristalne ravni i kristalne orijentacije su dva osnovna načina za opisivanje strukture kristala u kristalografiji. Orijentacija kristala predstavlja svojstva usmjerenja unutar kristala, dok ravni kristala 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 je ključno za optimizaciju poluvodičkih procesa i poboljšanje performansi uređaja.
Vrijeme objave: Oct-08-2024