Kristallplan och kristallorientering är två kärnbegrepp inom kristallografi, nära besläktade med kristallstrukturen i kiselbaserad integrerad kretsteknologi.
1.Definition och egenskaper för kristallorientering
Kristallorientering representerar en specifik riktning inom en kristall, typiskt uttryckt av kristallorienteringsindex. Kristallorientering definieras genom att ansluta två valfria gitterpunkter inom kristallstrukturen, och den har följande egenskaper: varje kristallorientering innehåller ett oändligt antal gitterpunkter; en enkristallorientering kan bestå av flera parallella kristallorienteringar som bildar en kristallorienteringsfamilj; kristallorienteringsfamiljen täcker alla gitterpunkter i kristallen.
Betydelsen av kristallorientering ligger i att indikera det riktade arrangemanget av atomer i kristallen. Till exempel representerar [111] kristallorienteringen en specifik riktning där projektionsförhållandena för de tre koordinataxlarna är 1:1:1.
2. Definition och egenskaper för kristallplan
Ett kristallplan är ett atomarrangemangsplan inom en kristall, representerat av kristallplansindex (Miller-index). Till exempel indikerar (111) att de reciproka av skärningarna av kristallplanet på koordinataxlarna är i förhållandet 1:1:1. Kristallplanet har följande egenskaper: varje kristallplan innehåller ett oändligt antal gitterpunkter; varje kristallplan har ett oändligt antal parallella plan som bildar en kristallplansfamilj; kristallplansfamiljen täcker hela kristallen.
Bestämningen av Miller-index involverar att ta skärningarna av kristallplanet på varje koordinataxel, hitta deras reciproka och omvandla dem till det minsta heltalsförhållandet. Till exempel har (111) kristallplanet skärningar på x-, y- och z-axlarna i förhållandet 1:1:1.
3. Förhållandet mellan kristallplan och kristallorientering
Kristallplan och kristallorientering är två olika sätt att beskriva en kristalls geometriska struktur. Kristallorientering hänvisar till arrangemanget av atomer längs en specifik riktning, medan ett kristallplan hänvisar till arrangemanget av atomer på ett specifikt plan. Dessa två har en viss överensstämmelse, men de representerar olika fysiska begrepp.
Nyckelrelation: Normalvektorn för ett kristallplan (dvs vektorn vinkelrät mot det planet) motsvarar en kristallorientering. Till exempel motsvarar normalvektorn för (111) kristallplanet [111] kristallorienteringen, vilket betyder att atomarrangemanget längs [111]-riktningen är vinkelrät mot det planet.
I halvledarprocesser påverkar valet av kristallplan i hög grad enhetens prestanda. Till exempel i kiselbaserade halvledare är vanliga kristallplan (100) och (111) planen eftersom de har olika atomarrangemang och bindningsmetoder i olika riktningar. Egenskaper som elektronrörlighet och ytenergi varierar på olika kristallplan, vilket påverkar prestanda och tillväxtprocess för halvledarenheter.
4. Praktiska tillämpningar i halvledarprocesser
I kiselbaserad halvledartillverkning tillämpas kristallorientering och kristallplan i många aspekter:
Kristalltillväxt: Halvledarkristaller odlas vanligtvis längs specifika kristallorienteringar. Kiselkristaller växer oftast längs [100] eller [111] orienteringarna eftersom stabiliteten och atomarrangemanget i dessa orienteringar är gynnsamma för kristalltillväxt.
Etsningsprocess: Vid våtetsning har olika kristallplan olika etsningshastigheter. Till exempel skiljer sig etsningshastigheterna på (100) och (111) kiselplanen, vilket resulterar i anisotropa etsningseffekter.
Enhetens egenskaper: Elektronrörligheten i MOSFET-enheter påverkas av kristallplanet. Vanligtvis är rörligheten högre på (100)-planet, vilket är anledningen till att moderna kiselbaserade MOSFETs övervägande använder (100) wafers.
Sammanfattningsvis är kristallplan och kristallorientering två grundläggande sätt att beskriva strukturen av kristaller i kristallografi. Kristallorientering representerar riktningsegenskaperna inom en kristall, medan kristallplan beskriver specifika plan inom kristallen. Dessa två begrepp är nära besläktade inom halvledartillverkning. Valet av kristallplan påverkar direkt materialets fysikaliska och kemiska egenskaper, medan kristallorientering påverkar kristalltillväxt och bearbetningstekniker. Att förstå förhållandet mellan kristallplan och orienteringar är avgörande för att optimera halvledarprocesser och förbättra enhetens prestanda.
Posttid: 2024-okt-08