Kristālu plaknes un kristāla orientācija ir divi kristālogrāfijas pamatjēdzieni, kas ir cieši saistīti ar kristāla struktūru silīcija integrētās shēmas tehnoloģijā.
1. Kristālu orientācijas definīcija un īpašības
Kristāla orientācija apzīmē noteiktu virzienu kristālā, ko parasti izsaka kristāla orientācijas rādītāji. Kristāla orientāciju nosaka, savienojot jebkurus divus režģa punktus kristāla struktūrā, un tai ir šādas īpašības: katra kristāla orientācija satur bezgalīgu skaitu režģa punktu; viena kristāla orientācija var sastāvēt no vairākām paralēlām kristāla orientācijām, kas veido kristāla orientācijas saimi; kristāla orientācijas saime aptver visus režģa punktus kristālā.
Kristāla orientācijas nozīme ir atomu virziena izkārtojuma norādīšanā kristālā. Piemēram, [111] kristāla orientācija attēlo noteiktu virzienu, kur trīs koordinātu asu projekciju attiecības ir 1:1:1.
2. Kristālu plakņu definīcija un īpašības
Kristāla plakne ir atomu izvietojuma plakne kristālā, ko attēlo kristāla plaknes indeksi (Millera indeksi). Piemēram, (111) norāda, ka kristāla plaknes nogriežņu apgrieztās vērtības uz koordinātu asīm ir attiecībā 1:1:1. Kristāla plaknei ir šādas īpašības: katra kristāla plakne satur bezgalīgu skaitu režģa punktu; katrai kristāla plaknei ir bezgalīgs skaits paralēlu plakņu, kas veido kristāla plakņu saimi; kristāla plakņu saime aptver visu kristālu.
Millera indeksu noteikšana ietver kristāla plaknes krustpunktu ņemšanu uz katras koordinātu ass, to reciprokālu atrašanu un to pārvēršanu mazākajā veselo skaitļu attiecībā. Piemēram, (111) kristāla plaknei ir pārtveres uz x, y un z asīm attiecībā 1:1:1.
3. Saistība starp kristāla plaknēm un kristāla orientāciju
Kristāla plaknes un kristāla orientācija ir divi dažādi veidi, kā aprakstīt kristāla ģeometrisko struktūru. Kristāla orientācija attiecas uz atomu izvietojumu noteiktā virzienā, savukārt kristāla plakne attiecas uz atomu izvietojumu noteiktā plaknē. Šiem diviem ir noteikta atbilstība, taču tie pārstāv dažādus fiziskos jēdzienus.
Galvenās attiecības: kristāla plaknes normālais vektors (ti, vektors, kas ir perpendikulārs šai plaknei) atbilst kristāla orientācijai. Piemēram, (111) kristāla plaknes normālais vektors atbilst [111] kristāla orientācijai, kas nozīmē, ka atomu izvietojums [111] virzienā ir perpendikulārs šai plaknei.
Pusvadītāju procesos kristāla plakņu izvēle lielā mērā ietekmē ierīces veiktspēju. Piemēram, pusvadītājos uz silīcija bāzes parasti izmanto kristāla plaknes (100) un (111), jo tām ir atšķirīgs atomu izvietojums un savienošanas metodes dažādos virzienos. Tādas īpašības kā elektronu kustīgums un virsmas enerģija dažādās kristāla plaknēs atšķiras, ietekmējot pusvadītāju ierīču veiktspēju un augšanas procesu.
4. Praktiski pielietojumi pusvadītāju procesos
Pusvadītāju ražošanā uz silīcija bāzes kristāla orientācija un kristāla plaknes tiek izmantotas daudzos aspektos:
Kristālu augšana: pusvadītāju kristālus parasti audzē noteiktā kristāla orientācijā. Silīcija kristāli visbiežāk aug pa [100] vai [111] orientāciju, jo stabilitāte un atomu izvietojums šajās orientācijās ir labvēlīgs kristālu augšanai.
Kodināšanas process: mitrā kodināšanā dažādām kristāla plaknēm ir atšķirīgs kodināšanas ātrums. Piemēram, kodināšanas ātrums silīcija (100) un (111) plaknēs atšķiras, kā rezultātā rodas anizotropiski kodināšanas efekti.
Ierīces raksturojums: elektronu mobilitāti MOSFET ierīcēs ietekmē kristāla plakne. Parasti mobilitāte ir augstāka (100) plaknē, tāpēc mūsdienu silīcija bāzes MOSFET pārsvarā izmanto (100) vafeles.
Rezumējot, kristāla plaknes un kristālu orientācijas ir divi galvenie veidi, kā aprakstīt kristālu struktūru kristalogrāfijā. Kristāla orientācija atspoguļo virziena īpašības kristālā, savukārt kristāla plaknes raksturo noteiktas plaknes kristālā. Šie divi jēdzieni ir cieši saistīti pusvadītāju ražošanā. Kristālu plakņu izvēle tieši ietekmē materiāla fizikālās un ķīmiskās īpašības, savukārt kristāla orientācija ietekmē kristālu augšanu un apstrādes metodes. Izpratne par saistību starp kristāla plaknēm un orientācijām ir ļoti svarīga, lai optimizētu pusvadītāju procesus un uzlabotu ierīces veiktspēju.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 8. oktobris