Kryštálové roviny a orientácia kryštálov sú dva základné koncepty v kryštalografii, ktoré úzko súvisia s kryštálovou štruktúrou v technológii integrovaných obvodov na báze kremíka.
1.Definícia a vlastnosti kryštálovej orientácie
Orientácia kryštálu predstavuje špecifický smer v kryštáli, typicky vyjadrený indexmi orientácie kryštálov. Orientácia kryštálu je definovaná spojením akýchkoľvek dvoch bodov mriežky v rámci kryštálovej štruktúry a má nasledujúce charakteristiky: každá orientácia kryštálu obsahuje nekonečný počet bodov mriežky; orientácia jedného kryštálu môže pozostávať z viacerých paralelných kryštálových orientácií tvoriacich rodinu orientácií kryštálov; rodina orientácie kryštálu pokrýva všetky body mriežky v kryštáli.
Význam orientácie kryštálu spočíva v tom, že naznačuje smerové usporiadanie atómov v kryštáli. Napríklad orientácia kryštálu [111] predstavuje špecifický smer, kde sú projekčné pomery troch súradnicových osí 1:1:1.
2. Definícia a vlastnosti kryštálových rovín
Kryštalická rovina je rovina usporiadania atómov v kryštáli, ktorú predstavujú indexy kryštálovej roviny (Millerove indexy). Napríklad (111) udáva, že prevrátené hodnoty priesečníkov kryštálovej roviny na súradnicových osiach sú v pomere 1:1:1. Kryštálová rovina má nasledujúce vlastnosti: každá kryštálová rovina obsahuje nekonečný počet bodov mriežky; každá kryštálová rovina má nekonečný počet rovnobežných rovín tvoriacich rodinu kryštálových rovín; rodina kryštálových rovín pokrýva celý kryštál.
Určenie Millerových indexov zahŕňa zobratie priesečníkov kryštálovej roviny na každej súradnicovej osi, nájdenie ich recipročných hodnôt a ich premenu na najmenší celočíselný pomer. Napríklad kryštálová rovina (111) má priesečníky na osiach x, y a z v pomere 1:1:1.
3. Vzťah medzi kryštálovými rovinami a kryštálovou orientáciou
Kryštálové roviny a orientácia kryštálu sú dva rôzne spôsoby opisu geometrickej štruktúry kryštálu. Orientácia kryštálu sa týka usporiadania atómov v špecifickom smere, zatiaľ čo kryštálová rovina sa týka usporiadania atómov v špecifickej rovine. Tieto dva majú určitú korešpondenciu, ale predstavujú rôzne fyzikálne koncepty.
Kľúčový vzťah: Normálny vektor kryštálovej roviny (tj vektor kolmý na túto rovinu) zodpovedá orientácii kryštálu. Napríklad normálový vektor kryštálovej roviny (111) zodpovedá orientácii kryštálu [111], čo znamená, že usporiadanie atómov v smere [111] je kolmé na túto rovinu.
V polovodičových procesoch výber kryštálových rovín výrazne ovplyvňuje výkon zariadenia. Napríklad v polovodičoch na báze kremíka sú bežne používanými kryštálovými rovinami roviny (100) a (111), pretože majú rôzne usporiadanie atómov a spôsoby spájania v rôznych smeroch. Vlastnosti ako mobilita elektrónov a povrchová energia sa líšia v rôznych kryštálových rovinách, čo ovplyvňuje výkon a proces rastu polovodičových zariadení.
4. Praktické aplikácie v polovodičových procesoch
Pri výrobe polovodičov na báze kremíka sa orientácia kryštálov a kryštálové roviny používajú v mnohých aspektoch:
Rast kryštálov: Polovodičové kryštály sa zvyčajne pestujú pozdĺž špecifických kryštálových orientácií. Kryštály kremíka najčastejšie rastú pozdĺž orientácií [100] alebo [111], pretože stabilita a usporiadanie atómov v týchto orientáciách sú priaznivé pre rast kryštálov.
Proces leptania: Pri mokrom leptaní majú rôzne kryštálové roviny rôznu rýchlosť leptania. Napríklad rýchlosti leptania na (100) a (111) rovinách kremíka sa líšia, čo vedie k efektom anizotropného leptania.
Charakteristika zariadenia: Pohyb elektrónov v zariadeniach MOSFET je ovplyvnený kryštálovou rovinou. Mobilita je zvyčajne vyššia na rovine (100), čo je dôvod, prečo moderné MOSFET na báze kremíka používajú prevažne (100) doštičky.
Stručne povedané, kryštálové roviny a kryštálové orientácie sú dva základné spôsoby opisu štruktúry kryštálov v kryštalografii. Orientácia kryštálu predstavuje smerové vlastnosti v kryštáli, zatiaľ čo kryštálové roviny opisujú špecifické roviny v kryštáli. Tieto dva pojmy sú vo výrobe polovodičov úzko prepojené. Výber kryštálových rovín priamo ovplyvňuje fyzikálne a chemické vlastnosti materiálu, zatiaľ čo orientácia kryštálov ovplyvňuje rast kryštálov a techniky spracovania. Pochopenie vzťahu medzi kryštálovými rovinami a orientáciami je kľúčové pre optimalizáciu polovodičových procesov a zlepšenie výkonu zariadenia.
Čas odoslania: október-08-2024