Els plans cristal·lins i l'orientació del cristall són dos conceptes bàsics en cristal·lografia, estretament relacionats amb l'estructura cristal·lina de la tecnologia de circuits integrats basats en silici.
1. Definició i propietats de l'orientació cristal·lina
L'orientació del cristall representa una direcció específica dins d'un cristall, normalment expressada mitjançant índexs d'orientació del cristall. L'orientació del cristall es defineix connectant dos punts de xarxa qualssevol dins de l'estructura cristal·lina i té les característiques següents: cada orientació del cristall conté un nombre infinit de punts de xarxa; una orientació d'un sol cristall pot consistir en múltiples orientacions cristal·lines paral·leles que formen una família d'orientacions cristal·lines; la família d'orientacions cristal·lines cobreix tots els punts de xarxa dins del cristall.
La importància de l'orientació del cristall rau en 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 cristal·lins
Un pla cristal·lí és un pla de disposició dels àtoms dins d'un cristall, representat per índexs del pla cristal·lí (índexs de Miller). Per exemple, (111) indica que els recíprocs de les interseccions del pla cristal·lí sobre els eixos de coordenades estan en la proporció d'1:1:1. El pla cristal·lí té les propietats següents: cada pla cristal·lí conté un nombre infinit de punts de la xarxa; cada pla cristal·lí té un nombre infinit de plans paral·lels que formen una família de plans cristal·lins; la família de plans cristal·lins cobreix tot el cristall.
La determinació dels índexs de Miller implica prendre les interseccions del pla cristal·lí a cada eix de coordenades, trobar els seus recíprocs i convertir-los a la proporció entera més petita. Per exemple, el pla cristal·lí (111) té interseccions als eixos x, y i z en la proporció d'1:1:1.
3. La relació entre els plans cristal·lins i l'orientació del cristall
Els plans cristal·lins i l'orientació cristal·lina 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 cristal·lina [111], és a dir, que la disposició atòmica al llarg de la direcció [111] és perpendicular a aquest pla.
En els processos de semiconductors, la selecció dels plans cristal·lins afecta considerablement el rendiment del dispositiu. Per exemple, en els semiconductors basats en silici, els plans cristal·lins més utilitzats són els plans (100) i (111) perquè tenen diferents arranjaments atòmics i mètodes d'enllaç en diferents direccions. Propietats com la mobilitat dels 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 cristal·lins s'apliquen en molts aspectes:
Creixement cristal·lí: Els cristalls semiconductors solen créixer al llarg d'orientacions cristal·lines específiques. 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 cristal·lí.
Procés de gravat: En el gravat humit, els diferents plans cristal·lins tenen velocitats de gravat variables. Per exemple, les velocitats de gravat en els plans (100) i (111) del silici difereixen, donant lloc a efectes de gravat anisotròpics.
Característiques del dispositiu: La mobilitat dels electrons en els dispositius MOSFET es veu afectada pel pla cristal·lí. Normalment, la mobilitat és més alta en el pla (100), motiu pel qual els MOSFET moderns basats en silici utilitzen predominantment oblies (100).
En resum, els plans cristal·lins i les orientacions cristal·lines són dues maneres fonamentals de descriure l'estructura dels cristalls en cristal·lografia. L'orientació cristal·lina representa les propietats direccionals dins d'un cristall, mentre que els plans cristal·lins descriuen plans específics dins del cristall. Aquests dos conceptes estan estretament relacionats en la fabricació de semiconductors. La selecció dels plans cristal·lins afecta directament les propietats físiques i químiques del material, mentre que l'orientació cristal·lina influeix en el creixement i les tècniques de processament del cristall. Comprendre la relació entre els plans cristal·lins i les orientacions és crucial per optimitzar els processos dels semiconductors i millorar el rendiment dels dispositius.
Data de publicació: 08-10-2024