Os planos cristalinos e a orientación cristalina son dous conceptos fundamentais en cristalografía, estreitamente relacionados coa estrutura cristalina na tecnoloxía de circuítos integrados baseados en silicio.
1. Definición e propiedades da orientación cristalina
A orientación cristalina representa unha dirección específica dentro dun cristal, que se expresa normalmente mediante índices de orientación cristalina. A orientación cristalina defínese conectando dous puntos da rede cristalina dentro da estrutura cristalina e ten as seguintes características: cada orientación cristalina contén un número infinito de puntos da rede; unha orientación cristalina única pode consistir en varias orientacións cristalinas paralelas que forman unha familia de orientacións cristalinas; a familia de orientacións cristalinas abrangue todos os puntos da rede cristalina.
A importancia 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 dos 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 da rede; cada plano cristalino ten un número infinito de planos paralelos que forman unha familia de planos cristalinos; a familia de planos cristalinos abrangue 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 menor proporción de enteiros. 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 cristalina son dúas maneiras diferentes de describir a estrutura xeométrica dun cristal. A orientación cristalina refírese á disposición dos átomos ao longo dunha 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 a unha orientación cristalina. Por exemplo, o vector normal do plano cristalino (111) corresponde á orientación cristalina [111], o que significa que a disposición atómica ao longo da dirección [111] é perpendicular a ese plano.
Nos procesos de semicondutores, a selección dos planos cristalinos afecta en gran medida ao rendemento do dispositivo. Por exemplo, nos semicondutores baseados en silicio, os planos cristalinos que se usan habitualmente son os planos (100) e (111) porque teñen diferentes arranxos atómicos e métodos de enlace en diferentes direccións. Propiedades como a mobilidade dos electróns e a enerxía superficial varían en diferentes planos cristalinos, o que inflúe no rendemento e no proceso de crecemento dos dispositivos semicondutores.
4. Aplicacións prácticas en procesos de semicondutores
Na fabricación de semicondutores baseados en silicio, a orientación cristalina e os planos cristalinos aplícanse en moitos aspectos:
Crecemento cristalino: Os cristais semicondutores adoitan medrar ao longo de orientacións cristalinas específicas. Os cristais de silicio adoitan medrar ao longo das orientacións [100] ou [111] porque a estabilidade e a disposición atómica nestas orientacións son favorables para o crecemento cristalino.
Proceso de gravado: No gravado húmido, os diferentes planos cristalinos teñen velocidades de gravado variables. Por exemplo, as velocidades de gravado nos planos (100) e (111) do silicio difiren, o que resulta en efectos de gravado anisotrópicos.
Características do dispositivo: A mobilidade dos electróns nos dispositivos MOSFET vese afectada polo plano cristalino. Normalmente, a mobilidade é maior no plano (100), razón pola cal os MOSFET modernos baseados en silicio usan predominantemente obleas (100).
En resumo, os planos cristalinos e as orientacións cristalinas son dúas formas fundamentais de describir a estrutura dos cristais en cristalografía. A orientación cristalina representa as propiedades direccionais dentro dun cristal, mentres que os planos cristalinos describen planos específicos dentro do cristal. Estes dous conceptos están estreitamente relacionados na fabricación de semicondutores. A selección dos planos cristalinos inflúe directamente nas propiedades físicas e químicas do material, mentres que a orientación cristalina inflúe no crecemento e nas técnicas de procesamento do cristal. Comprender a relación entre os planos cristalinos e as orientacións é crucial para optimizar os procesos dos semicondutores e mellorar o rendemento dos dispositivos.
Data de publicación: 08-09-2024