Kristalltasandid ja kristallide orientatsioon on kristallograafias kaks põhimõistet, mis on tihedalt seotud ränipõhise integraallülituse tehnoloogia kristallstruktuuriga.
1. Kristallide orientatsiooni definitsioon ja omadused
Kristalli orientatsioon esindab kristallis kindlat suunda, mida tavaliselt väljendatakse kristalli orientatsiooniindeksitega. Kristalli orientatsioon defineeritakse kahe kristallstruktuuri võrepunkti ühendamise teel ja sellel on järgmised omadused: iga kristalli orientatsioon sisaldab lõpmatut arvu võrepunkte; üks kristalli orientatsioon võib koosneda mitmest paralleelsest kristalli orientatsioonist, mis moodustavad kristalli orientatsiooniperekonna; kristalli orientatsiooniperekond hõlmab kõiki kristalli võrepunkte.
Kristalli orientatsiooni tähtsus seisneb aatomite suunalise paigutuse näitamises kristallis. Näiteks [111] kristalli orientatsioon tähistab kindlat suunda, kus kolme koordinaattelje projektsioonisuhted on 1:1:1.
2. Kristalltasandite definitsioon ja omadused
Kristalli tasapind on aatomite paigutuse tasand kristallis, mida esindavad kristalli tasapinna indeksid (Milleri indeksid). Näiteks (111) näitab, et kristalli tasapinna lõikepunktide pöördväärtused koordinaattelgedel on suhtes 1:1:1. Kristalli tasapinnal on järgmised omadused: iga kristalli tasapind sisaldab lõpmatut arvu võrepunkte; iga kristalli tasapind sisaldab lõpmatut arvu paralleelseid tasapindu, mis moodustavad kristalli tasapindade perekonna; kristalli tasapindade perekond katab kogu kristalli.
Milleri indeksite määramine hõlmab kristalli tasapinna lõikepunktide võtmist igal koordinaatteljel, nende pöördväärtuste leidmist ja teisendamist väikseimaks täisarvuliseks suhteks. Näiteks (111) kristalli tasapinna lõikepunktid x-, y- ja z-telgedel on suhtes 1:1:1.
3. Kristalltasandite ja kristalli orientatsiooni vaheline seos
Kristalltasandid ja kristalli orientatsioon on kaks erinevat viisi kristalli geomeetrilise struktuuri kirjeldamiseks. Kristallorientatsioon viitab aatomite paigutusele kindlas suunas, samas kui kristalli tasand viitab aatomite paigutusele kindlal tasapinnal. Neil kahel on teatav vastavus, kuid nad esindavad erinevaid füüsikalisi mõisteid.
Peamine seos: Kristalli tasapinna normaalvektor (st selle tasapinnaga risti olev vektor) vastab kristalli orientatsioonile. Näiteks (111) kristalli tasapinna normaalvektor vastab [111] kristalli orientatsioonile, mis tähendab, et aatomite paigutus [111] suunas on selle tasapinnaga risti.
Pooljuhtide protsessides mõjutab kristalltasandite valik oluliselt seadme jõudlust. Näiteks ränipõhistes pooljuhtides on tavaliselt kasutatavad kristalltasandid (100) ja (111) tasapinnad, kuna neil on erinev aatomite paigutus ja sidemete meetodid erinevates suundades. Omadused, nagu elektronide liikuvus ja pinnaenergia, varieeruvad erinevatel kristalltasanditel, mõjutades pooljuhtseadmete jõudlust ja kasvuprotsessi.
4. Praktilised rakendused pooljuhtprotsessides
Ränipõhiste pooljuhtide tootmises rakendatakse kristallide orientatsiooni ja kristallide tasapindu paljudes aspektides:
Kristallide kasv: Pooljuhtide kristalle kasvatatakse tavaliselt kindlate kristallide orientatsioonide järgi. Ränikristallid kasvavad kõige sagedamini [100] või [111] orientatsioonide järgi, kuna nende orientatsioonide stabiilsus ja aatomite paigutus on kristallide kasvuks soodsad.
Söövitusprotsess: Märgsöövitamisel on erinevatel kristallitasanditel erinevad söövituskiirused. Näiteks räni (100) ja (111) tasapindade söövituskiirused erinevad, mille tulemuseks on anisotroopsed söövitusefektid.
Seadme omadused: MOSFET-transistoride elektronide liikuvust mõjutab kristalli tasapind. Tavaliselt on liikuvus suurem (100) tasapinnal, mistõttu tänapäevased ränipõhised MOSFET-transistorid kasutavad valdavalt (100) vahvleid.
Kokkuvõttes on kristallograafias kristallide struktuuri kirjeldamiseks kaks peamist viisi kristallide tasapinnad ja orientatsioonid. Kristallide orientatsioon esindab kristalli suunaomadusi, samas kui kristallide tasapinnad kirjeldavad kristallis konkreetseid tasapindu. Need kaks mõistet on pooljuhtide tootmises tihedalt seotud. Kristallide tasapindade valik mõjutab otseselt materjali füüsikalisi ja keemilisi omadusi, samas kui kristallide orientatsioon mõjutab kristallide kasvu ja töötlemistehnikaid. Kristallide tasapindade ja orientatsioonide vahelise seose mõistmine on pooljuhtide protsesside optimeerimiseks ja seadmete jõudluse parandamiseks ülioluline.
Postituse aeg: 08.10.2024