Kristāla plaknes un kristāla orientācija ir divi galvenie kristalogrāfijas jēdzieni, kas ir cieši saistīti ar kristāla struktūru silīcija bāzes integrēto shēmu tehnoloģijā.
1. Kristāla orientācijas definīcija un īpašības
Kristāla orientācija apzīmē noteiktu virzienu kristālā, ko parasti izsaka ar kristāla orientācijas indeksiem. Kristāla orientācija tiek definēta, 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, veidojot kristāla orientācijas saimi; kristāla orientācijas saime aptver visus režģa punktus kristālā.
Kristāla orientācijas nozīme ir atomu virziena izvietojuma norādīšana kristālā. Piemēram, kristāla orientācija [111] apzīmē noteiktu virzienu, kur trīs koordinātu asu projekcijas attiecības ir 1:1:1.
2. Kristāla 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 punktu apgrieztās vērtības koordinātu asīs ir attiecībā 1:1:1. Kristāla plaknei ir šādas īpašības: katra kristāla plakne satur bezgalīgu skaitu režģa punktu; katra kristāla plakne satur bezgalīgu skaitu paralēlu plakņu, kas veido kristāla plaknes saimi; kristāla plaknes saime aptver visu kristālu.
Millera indeksu noteikšana ietver kristāla plaknes krustpunktu noteikšanu uz katras koordinātu ass, to apgriezto vērtību atrašanu un konvertēšanu mazākajā veselo skaitļu attiecībā. Piemēram, (111) kristāla plaknei ir krustpunkti uz x, y un z asīm attiecībā 1:1:1.
3. Kristāla plakņu un kristāla orientācijas saistība
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 zināma atbilstība, taču tie pārstāv dažādus fizikālus jēdzienus.
Galvenā saistība: Kristāla plaknes normālvektors (t. i., vektors, kas ir perpendikulārs šai plaknei) atbilst kristāla orientācijai. Piemēram, (111) kristāla plaknes normālvektors 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, uz silīcija bāzes veidotos pusvadītājos visbiežāk izmantotās kristāla plaknes ir (100) un (111) plaknes, jo tām ir atšķirīgs atomu izkārtojums un saistīšanas metodes dažādos virzienos. Tādas īpašības kā elektronu mobilitāte un virsmas enerģija dažādās kristāla plaknēs atšķiras, ietekmējot pusvadītāju ierīču veiktspēju un augšanas procesu.
4. Praktiski pielietojumi pusvadītāju procesos
Silīcija bāzes pusvadītāju ražošanā kristālu orientācija un kristālu plaknes tiek pielietotas daudzos aspektos:
Kristālu augšana: Pusvadītāju kristāli parasti tiek audzēti noteiktās kristālu orientācijās. Silīcija kristāli visbiežāk aug [100] vai [111] orientācijās, 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: MOSFET tranzistoros elektronu kustīgumu ietekmē kristāla plakne. Parasti kustīgums ir augstāks (100) plaknē, tāpēc mūsdienu uz silīcija bāzes veidotajos MOSFET tranzistoros galvenokārt tiek izmantotas (100) plāksnes.
Rezumējot, kristāla plaknes un kristāla orientācijas ir divi galvenie veidi, kā aprakstīt kristālu struktūru kristalogrāfijā. Kristāla orientācija atspoguļo kristāla virziena īpašības, savukārt kristāla plaknes apraksta konkrētas plaknes kristāla iekšienē. Šie divi jēdzieni ir cieši saistīti pusvadītāju ražošanā. Kristāla plakņu izvēle tieši ietekmē materiāla fizikālās un ķīmiskās īpašības, savukārt kristāla orientācija ietekmē kristāla augšanu un apstrādes metodes. Izpratne par kristāla plakņu un orientāciju savstarpējo saistību ir ļoti svarīga, lai optimizētu pusvadītāju procesus un uzlabotu ierīču veiktspēju.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 8. oktobris