Os planos de cristal e a orientación dos cristales son dous conceptos fundamentais na cristalografía, moi relacionados coa estrutura cristalina na tecnoloxía de circuítos integrados baseada en silicio.
1.Definición e Propiedades da Orientación Cristal
A orientación do cristal representa unha dirección específica dentro dun cristal, normalmente expresada por índices de orientación do cristal. A orientación cristalina defínese conectando dous puntos de rede calquera dentro da estrutura cristalina, e ten as seguintes características: cada orientación de cristal contén un número infinito de puntos de rede; unha única orientación cristalina pode consistir en múltiples orientacións cristalinas paralelas que forman unha familia de orientación cristalina; a familia de orientación do cristal abrangue todos os puntos de celosía dentro do cristal.
O significado da orientación do cristal reside en indicar a disposición direccional dos átomos dentro do cristal. Por exemplo, a orientación do cristal [111] representa unha dirección específica onde as relacións de proxección dos tres eixes de coordenadas son 1:1:1.
2. Definición e propiedades dos planos cristalinos
Un plano cristalino é un plano de disposición de átomos dentro dun cristal, representado por índices do plano cristalino (índices de Miller). Por exemplo, (111) indica que os recíprocos das interseccións do plano cristalino nos eixes de coordenadas están na proporción de 1:1:1. O plano cristalino ten as seguintes propiedades: cada plano cristalino contén un número infinito de puntos de rede; cada plano cristalino ten un número infinito de planos paralelos que forman unha familia de planos cristalinos; a familia do plano cristalino cobre todo o cristal.
A determinación dos índices de Miller implica tomar as interseccións do plano cristalino en cada eixe de coordenadas, atopar os seus recíprocos e convertelos na razón enteira máis pequena. Por exemplo, o plano cristalino (111) ten interseccións nos eixes x, y e z na proporción de 1:1:1.
3. A relación entre os planos cristalinos e a orientación cristalina
Os planos cristalinos e a orientación dos cristales son dúas formas diferentes de describir a estrutura xeométrica dun cristal. A orientación cristalina refírese á disposición dos átomos nunha dirección específica, mentres que un plano cristalino refírese á disposición dos átomos nun plano específico. Estes dous teñen unha certa correspondencia, pero representan conceptos físicos diferentes.
Relación clave: o vector normal dun plano cristalino (é dicir, o vector perpendicular a ese plano) corresponde á orientación do cristal. Por exemplo, o vector normal do plano cristalino (111) corresponde á orientación do cristal [111], o que significa que a disposición atómica ao longo da dirección [111] é perpendicular a ese plano.
Nos procesos de semicondutores, a selección de planos de cristal afecta moito o rendemento do dispositivo. Por exemplo, nos semicondutores baseados en silicio, os planos cristalinos de uso común son os planos (100) e (111) porque teñen diferentes disposicións atómicas e métodos de enlace en diferentes direccións. Propiedades como a mobilidade dos electróns e a enerxía superficial varían en diferentes planos cristalinos, influíndo no proceso de crecemento e rendemento dos dispositivos semicondutores.
4. Aplicacións prácticas en procesos semicondutores
Na fabricación de semicondutores a base de silicio, a orientación do cristal e os planos cristalinos aplícanse en moitos aspectos:
Crecemento dos cristais: os cristais semicondutores adoitan cultivarse ao longo de orientacións específicas de cristais. Os cristais de silicio crecen máis comúnmente ao longo das orientacións [100] ou [111] porque a estabilidade e a disposición atómica nestas orientacións son favorables para o crecemento dos cristais.
Proceso de gravado: no gravado húmido, os diferentes planos de cristal teñen velocidades de gravado variables. Por exemplo, as taxas de gravado nos planos (100) e (111) do silicio difiren, o que resulta en efectos de gravado anisótropo.
Características do dispositivo: a mobilidade de electróns nos dispositivos MOSFET está afectada polo plano cristalino. Normalmente, a mobilidade é maior no plano (100), polo que os MOSFET modernos baseados en silicio usan predominantemente obleas (100).
En resumo, os planos de cristal e as orientacións dos cristais son dúas formas fundamentais de describir a estrutura dos cristais na cristalografía. A orientación do cristal representa as propiedades direccionais dentro dun cristal, mentres que os planos de cristal describen planos específicos dentro do cristal. Estes dous conceptos están estreitamente relacionados na fabricación de semicondutores. A selección de planos cristalinos inflúe directamente nas propiedades físicas e químicas do material, mentres que a orientación do cristal inflúe no crecemento e as técnicas de procesamento do cristal. Comprender a relación entre os planos de cristal e as orientacións é fundamental para optimizar os procesos de semicondutores e mellorar o rendemento do dispositivo.
Hora de publicación: 08-08-2024