Кристалне равни и оријентација кристала су два основна концепта у кристалографији, уско повезана са кристалном структуром у технологији интегрисаних кола на бази силицијума.
1. Дефиниција и својства оријентације кристала
Оријентација кристала представља специфичан правац унутар кристала, типично изражен индексима оријентације кристала. Оријентација кристала је дефинисана повезивањем било које две тачке решетке унутар кристалне структуре и има следеће карактеристике: свака оријентација кристала садржи бесконачан број тачака решетке; оријентација једног кристала може се састојати од више паралелних оријентација кристала које формирају фамилију оријентација кристала; фамилија оријентација кристала покрива све тачке решетке унутар кристала.
Значај оријентације кристала лежи у указивању на смер распореда атома унутар кристала. На пример, оријентација кристала [111] представља одређени смер где су односи пројекција три координатне осе 1:1:1.
2. Дефиниција и својства кристалних равни
Кристална раван је раван распореда атома унутар кристала, представљена индексима кристалне равни (Милеровим индексима). На пример, (111) показује да су реципрочне вредности пресека кристалне равни на координатним осама у односу 1:1:1. Кристална раван има следећа својства: свака кристална раван садржи бесконачан број тачака решетке; свака кристална раван има бесконачан број паралелних равни које формирају фамилију кристалних равни; фамилија кристалних равни покрива цео кристал.
Одређивање Милерових индекса подразумева узимање пресека кристалне равни на свакој координатној оси, проналажење њихових реципрочних вредности и њихово претварање у најмањи целобројни однос. На пример, кристална раван (111) има пресеке на x, y и z осама у односу 1:1:1.
3. Однос између кристалних равни и оријентације кристала
Кристалне равни и оријентација кристала су два различита начина описивања геометријске структуре кристала. Оријентација кристала се односи на распоред атома дуж одређеног правца, док се кристална раван односи на распоред атома на одређеној равни. Ова два појма имају одређену кореспонденцију, али представљају различите физичке концепте.
Кључна веза: Нормални вектор кристалне равни (тј. вектор нормалан на ту раван) одговара оријентацији кристала. На пример, нормални вектор кристалне равни (111) одговара оријентацији кристала [111], што значи да је распоред атома дуж правца [111] нормалан на ту раван.
У полупроводничким процесима, избор кристалних равни значајно утиче на перформансе уређаја. На пример, код полупроводника на бази силицијума, уобичајено коришћене кристалне равни су равни (100) и (111) јер имају различите распореде атома и методе везивања у различитим правцима. Својства као што су мобилност електрона и површинска енергија варирају на различитим кристалним равнима, што утиче на перформансе и процес раста полупроводничких уређаја.
4. Практичне примене у полупроводничким процесима
У производњи полупроводника на бази силицијума, оријентација кристала и кристалне равни се примењују у многим аспектима:
Раст кристала: Полупроводнички кристали се обично узгајају дуж специфичних кристалних оријентација. Кристали силицијума најчешће расту дуж оријентација [100] или [111] јер су стабилност и распоред атома у овим оријентацијама повољни за раст кристала.
Процес нагризања: Код мокрог нагризања, различите кристалне равни имају различите брзине нагризања. На пример, брзине нагризања на равнима (100) и (111) силицијума се разликују, што резултира анизотропним ефектима нагризања.
Карактеристике уређаја: Покретљивост електрона у MOSFET уређајима зависи од кристалне равни. Типично, покретљивост је већа на равни (100), због чега модерни MOSFET-ови на бази силицијума претежно користе плочице (100).
Укратко, кристалне равни и кристалне оријентације су два основна начина за описивање структуре кристала у кристалографији. Оријентација кристала представља усмерена својства унутар кристала, док кристалне равни описују специфичне равни унутар кристала. Ова два концепта су уско повезана у производњи полупроводника. Избор кристалних равни директно утиче на физичка и хемијска својства материјала, док оријентација кристала утиче на раст кристала и технике обраде. Разумевање односа између кристалних равни и оријентација је кључно за оптимизацију полупроводничких процеса и побољшање перформанси уређаја.
Време објаве: 08. окт. 2024.