Krystalplaner og krystalorientering er to kernebegreber inden for krystallografi, tæt forbundet med krystalstrukturen i siliciumbaseret integreret kredsløbsteknologi.
1. Definition og egenskaber ved krystalorientering
Krystalorientering repræsenterer en specifik retning inden for en krystal, typisk udtrykt ved krystalorienteringsindekser. Krystalorientering defineres ved at forbinde to gitterpunkter inden for krystalstrukturen, og den har følgende karakteristika: hver krystalorientering indeholder et uendeligt antal gitterpunkter; en enkelt krystalorientering kan bestå af flere parallelle krystalorienteringer, der danner en krystalorienteringsfamilie; krystalorienteringsfamilien dækker alle gitterpunkter inden for krystallen.
Betydningen af krystalorientering ligger i at angive atomernes retningsbestemte placering i krystallen. For eksempel repræsenterer [111] krystalorienteringen en specifik retning, hvor projektionsforholdene for de tre koordinatakser er 1:1:1.
2. Definition og egenskaber ved krystalplaner
Et krystalplan er et plan for atomarrangementet i en krystal, repræsenteret af krystalplanindekser (Miller-indekser). For eksempel indikerer (111), at de reciprokke værdier af krystalplanets skæringspunkter på koordinatakserne er i forholdet 1:1:1. Krystalplanet har følgende egenskaber: hvert krystalplan indeholder et uendeligt antal gitterpunkter; hvert krystalplan har et uendeligt antal parallelle planer, der danner en krystalplanfamilie; krystalplanfamilien dækker hele krystallen.
Bestemmelsen af Miller-indekser involverer at tage krystalplanets skæringspunkter på hver koordinatakse, finde deres reciprokke værdier og konvertere dem til det mindste heltalforhold. For eksempel har (111)-krystalplanet skæringspunkter på x-, y- og z-akserne i forholdet 1:1:1.
3. Forholdet mellem krystalplaner og krystalorientering
Krystalplaner og krystalorientering er to forskellige måder at beskrive en krystals geometriske struktur på. Krystalorientering refererer til atomernes arrangement langs en bestemt retning, mens et krystalplan refererer til atomernes arrangement på et bestemt plan. Disse to har en vis korrespondance, men de repræsenterer forskellige fysiske begreber.
Nøgleforhold: Normalvektoren for et krystalplan (dvs. vektoren vinkelret på det plan) svarer til en krystalorientering. For eksempel svarer normalvektoren for (111)-krystalplanet til [111]-krystalorienteringen, hvilket betyder, at atomarrangementet langs [111]-retningen er vinkelret på det plan.
I halvlederprocesser påvirker valget af krystalplaner i høj grad enhedernes ydeevne. For eksempel er de almindeligt anvendte krystalplaner i siliciumbaserede halvledere (100) og (111) planerne, fordi de har forskellige atomarrangementer og bindingsmetoder i forskellige retninger. Egenskaber som elektronmobilitet og overfladeenergi varierer på forskellige krystalplaner, hvilket påvirker halvlederkomponenters ydeevne og vækstproces.
4. Praktiske anvendelser i halvlederprocesser
I fremstilling af siliciumbaserede halvledere anvendes krystalorientering og krystalplaner i mange aspekter:
Krystalvækst: Halvlederkrystaller dyrkes typisk langs specifikke krystalorienteringer. Siliciumkrystaller vokser oftest langs [100]- eller [111]-orienteringerne, fordi stabiliteten og den atomare arrangement i disse orienteringer er gunstige for krystalvækst.
Ætsningsproces: Ved vådætsning har forskellige krystalplaner varierende ætsningshastigheder. For eksempel er ætsningshastighederne på (100) og (111) planerne af silicium forskellige, hvilket resulterer i anisotrope ætsningseffekter.
Enhedsegenskaber: Elektronmobiliteten i MOSFET-enheder påvirkes af krystalplanet. Typisk er mobiliteten højere på (100)-planet, hvilket er grunden til, at moderne siliciumbaserede MOSFET'er overvejende bruger (100)-wafere.
Kort sagt er krystalplaner og krystalorienteringer to grundlæggende måder at beskrive krystallers struktur i krystallografi. Krystalorientering repræsenterer de retningsbestemte egenskaber i en krystal, mens krystalplaner beskriver specifikke planer i krystallen. Disse to koncepter er tæt forbundet i halvlederfremstilling. Valget af krystalplaner påvirker direkte materialets fysiske og kemiske egenskaber, mens krystalorientering påvirker krystalvækst og forarbejdningsteknikker. Forståelse af forholdet mellem krystalplaner og orienteringer er afgørende for at optimere halvlederprocesser og forbedre enheders ydeevne.
Opslagstidspunkt: 8. oktober 2024