Kristallitasandid ja kristallide orientatsioon on kristallograafia kaks põhimõistet, mis on tihedalt seotud ränipõhise integraallülituse tehnoloogia kristallstruktuuriga.
1. Kristallide orientatsiooni määratlus ja omadused
Kristallide orientatsioon tähistab kindlat suunda kristallis, mida tavaliselt väljendavad kristalli orientatsiooniindeksid. Kristallide orientatsioon on defineeritud, ühendades mis tahes kaks kristallistruktuuri võrepunkti ja sellel on järgmised omadused: iga kristalli orientatsioon sisaldab lõpmatu arvu võrepunkte; üksikkristallide orientatsioon võib koosneda mitmest paralleelsest kristallide orientatsioonist, mis moodustavad kristallide orientatsiooniperekonna; kristallide orientatsiooni perekond hõlmab kõiki kristalli võrepunkte.
Kristallide orientatsiooni tähtsus seisneb aatomite suunalise paigutuse näitamises kristallis. Näiteks [111] kristallide orientatsioon esindab kindlat suunda, kus kolme koordinaattelje projektsioonisuhted on 1:1:1.
2. Kristalltasandite määratlus ja omadused
Kristallitasand on aatomite paigutustasand kristallis, mida esindavad kristallitasandi indeksid (Milleri indeksid). Näiteks (111) näitab, et kristalltasandi lõikepunktide pöördväärtused koordinaattelgedel on vahekorras 1:1:1. Kristallitasandil on järgmised omadused: iga kristalli tasapind sisaldab lõpmatu arvu võrepunkte; igal kristallitasandil on lõpmatu arv paralleelseid tasapindu, mis moodustavad kristalltasandite perekonna; kristalltasandi perekond katab kogu kristalli.
Milleri indeksite määramine hõlmab kristallitasandi lõikepunktide võtmist igal koordinaatteljel, nende pöördarvude leidmist ja nende teisendamist väikseimaks täisarvu suhteks. Näiteks (111) kristalltasandil on lõikepunktid x-, y- ja z-telgedel vahekorras 1:1:1.
3. Seos kristalltasandite ja kristalli orientatsiooni vahel
Kristallitasandid ja kristalli orientatsioon on kaks erinevat viisi kristalli geomeetrilise struktuuri kirjeldamiseks. Kristallide orientatsioon viitab aatomite paigutusele kindlas suunas, samas kui kristallitasand viitab aatomite paigutusele kindlal tasandil. Neil kahel on teatav vastavus, kuid nad esindavad erinevaid füüsilisi mõisteid.
Võtmeseos: Kristallitasandi normaalvektor (st selle tasapinnaga risti olev vektor) vastab kristalli orientatsioonile. Näiteks kristalltasandi (111) normaalvektor vastab [111] kristalli orientatsioonile, mis tähendab, et aatomite paigutus piki [111] suunda on selle tasapinnaga risti.
Pooljuhtprotsessides mõjutab kristalltasandite valik suuresti seadme jõudlust. Näiteks ränipõhistes pooljuhtides on tavaliselt kasutatavad kristalltasandid (100) ja (111) tasandid, kuna neil on erinevad aatomite paigutused ja eri suundades kasutatavad sidumismeetodid. Sellised omadused nagu elektronide liikuvus ja pinnaenergia erinevad erinevatel kristallitasanditel, mõjutades pooljuhtseadmete jõudlust ja kasvuprotsessi.
4. Praktilised rakendused pooljuhtprotsessides
Ränipõhiste pooljuhtide tootmises rakendatakse kristallide orientatsiooni ja kristallitasapindu paljudes aspektides:
Kristallide kasv: pooljuhtkristalle kasvatatakse tavaliselt kindlatel kristallide orientatsioonidel. Ränikristallid kasvavad kõige sagedamini mööda [100] või [111] orientatsioone, kuna nende orientatsioonide stabiilsus ja aatomite paigutus on kristallide kasvu jaoks soodsad.
Söövitusprotsess: Märgsöövitamisel on erinevatel kristallitasanditel söövituskiirus erinev. Näiteks erinevad söövituskiirused räni (100) ja (111) tasapinnal, mille tulemuseks on anisotroopsed söövitusefektid.
Seadme omadused: MOSFET-seadmete elektronide liikuvust mõjutab kristalltasapind. Tavaliselt on mobiilsus suurem (100) tasapinnal, mistõttu tänapäevased ränipõhised MOSFET-id kasutavad valdavalt (100) vahvleid.
Kokkuvõtlikult võib öelda, et kristallide tasapinnad ja kristallide orientatsioonid on kaks põhilist viisi kristallide struktuuri kirjeldamiseks kristallograafias. Kristalli orientatsioon tähistab suunaomadusi kristalli sees, samas kui kristallitasandid kirjeldavad konkreetseid tasapindu kristallis. Need kaks mõistet on pooljuhtide tootmises tihedalt seotud. Kristallitasandite valik mõjutab otseselt materjali füüsikalisi ja keemilisi omadusi, samas kui kristallide orientatsioon mõjutab kristallide kasvu ja töötlemismeetodeid. Kristallitasandite ja orientatsioonide vahelise seose mõistmine on pooljuhtprotsesside optimeerimiseks ja seadme jõudluse parandamiseks ülioluline.
Postitusaeg: okt-08-2024