Els plans de cristall i l'orientació del cristall són dos conceptes bàsics en cristal·lografia, estretament relacionats amb l'estructura del cristall en la tecnologia de circuits integrats basat en silici.
1.Definició i propietats de l'orientació del cristall
L'orientació del cristall representa una direcció específica dins d'un cristall, normalment expressada per índexs d'orientació del cristall. L'orientació del cristall es defineix connectant dos punts de gelosia qualsevol dins de l'estructura del cristall, i té les característiques següents: cada orientació del cristall conté un nombre infinit de punts de gelosia; una sola orientació de cristall pot consistir en múltiples orientacions de cristall paral·leles formant una família d'orientació de cristall; la família d'orientació del cristall cobreix tots els punts de gelosia dins del cristall.
La importància de l'orientació del cristall rau a indicar la disposició direccional dels àtoms dins del cristall. Per exemple, l'orientació del cristall [111] representa una direcció específica on les relacions de projecció dels tres eixos de coordenades són 1:1:1.
2. Definició i propietats dels plans de cristall
Un pla cristal·lí és un pla de disposició d'àtoms dins d'un cristall, representat per índexs del pla cristal·lí (índexs de Miller). Per exemple, (111) indica que els recíprocs de les intercepcions del pla cristal·lí en els eixos de coordenades estan en una proporció d'1:1:1. El pla cristal·lí té les propietats següents: cada pla cristal·lí conté un nombre infinit de punts de gelosia; cada pla cristal·lí té un nombre infinit de plans paral·lels que formen una família de plans cristal·lins; la família del pla de cristall cobreix tot el cristall.
La determinació dels índexs de Miller consisteix a prendre les intercepcions del pla cristal·lí a cada eix de coordenades, trobar els seus recíprocs i convertir-los en la proporció entera més petita. Per exemple, el pla cristal·lí (111) té intercepcions als eixos x, y i z en una proporció d'1:1:1.
3. La relació entre els plans de cristall i l'orientació cristal·lina
Els plans de cristall i l'orientació del cristall són dues maneres diferents de descriure l'estructura geomètrica d'un cristall. L'orientació cristal·lina es refereix a la disposició dels àtoms al llarg d'una direcció específica, mentre que un pla cristal·lí es refereix a la disposició dels àtoms en un pla específic. Aquests dos tenen una certa correspondència, però representen conceptes físics diferents.
Relació clau: el vector normal d'un pla cristal·lí (és a dir, el vector perpendicular a aquest pla) correspon a una orientació cristal·lina. Per exemple, el vector normal del pla cristal·lí (111) correspon a l'orientació del cristall [111], el que significa que la disposició atòmica al llarg de la direcció [111] és perpendicular a aquest pla.
En els processos de semiconductors, la selecció de plans de cristall afecta molt el rendiment del dispositiu. Per exemple, en els semiconductors basats en silici, els plans de cristall utilitzats habitualment són els plans (100) i (111) perquè tenen diferents disposicions atòmiques i mètodes d'enllaç en diferents direccions. Propietats com la mobilitat d'electrons i l'energia superficial varien en diferents plans cristal·lins, influint en el rendiment i el procés de creixement dels dispositius semiconductors.
4. Aplicacions pràctiques en processos de semiconductors
En la fabricació de semiconductors basats en silici, l'orientació del cristall i els plans del cristall s'apliquen en molts aspectes:
Creixement de cristalls: els cristalls semiconductors solen créixer al llarg d'orientacions específiques de cristall. Els cristalls de silici creixen més habitualment al llarg de les orientacions [100] o [111] perquè l'estabilitat i la disposició atòmica en aquestes orientacions són favorables per al creixement dels cristalls.
Procés de gravat: en el gravat humit, els diferents plans de cristall tenen velocitats de gravat diferents. Per exemple, les taxes de gravat als plans (100) i (111) de silici difereixen, donant lloc a efectes de gravat anisotròpics.
Característiques del dispositiu: la mobilitat d'electrons en dispositius MOSFET es veu afectada pel pla de cristall. Normalment, la mobilitat és més alta al pla (100), motiu pel qual els MOSFET moderns basats en silici utilitzen predominantment hòsties (100).
En resum, els plans i les orientacions dels cristalls són dues maneres fonamentals de descriure l'estructura dels cristalls en cristal·lografia. L'orientació del cristall representa les propietats direccionals dins d'un cristall, mentre que els plans del cristall descriuen plans específics dins del cristall. Aquests dos conceptes estan estretament relacionats en la fabricació de semiconductors. La selecció dels plans de cristall afecta directament les propietats físiques i químiques del material, mentre que l'orientació del cristall influeix en el creixement i les tècniques de processament del cristall. Entendre la relació entre els plans de cristall i les orientacions és crucial per optimitzar els processos de semiconductors i millorar el rendiment del dispositiu.
Hora de publicació: Oct-08-2024