Krystalplaner og krystalorientering er to kernebegreber i krystallografi, tæt forbundet med krystalstrukturen i siliciumbaseret integreret kredsløbsteknologi.
1.Definition og egenskaber for krystalorientering
Krystalorientering repræsenterer en specifik retning i en krystal, typisk udtrykt ved krystalorienteringsindekser. Krystalorientering er defineret ved at forbinde to vilkårlige gitterpunkter i krystalstrukturen, og den har følgende karakteristika: hver krystalorientering indeholder et uendeligt antal gitterpunkter; en enkeltkrystalorientering kan bestå af flere parallelle krystalorienteringer, der danner en krystalorienteringsfamilie; krystalorienteringsfamilien dækker alle gitterpunkter i krystallen.
Betydningen af krystalorientering ligger i at angive det retningsbestemte arrangement af atomer i krystallen. For eksempel repræsenterer [111] krystalorienteringen en specifik retning, hvor projektionsforholdene for de tre koordinatakser er 1:1:1.
2. Definition og egenskaber af krystalplaner
Et krystalplan er et atomarrangementsplan inden for en krystal, repræsenteret af krystalplanindekser (Miller-indekser). For eksempel angiver (111), at de reciproke af skæringerne af krystalplanet 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-indeks involverer at tage skæringerne af krystalplanet på hver koordinatakse, finde deres reciproke og konvertere dem til det mindste heltalsforhold. For eksempel har (111) krystalplanet skæringer 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 arrangementet af atomer langs en bestemt retning, mens et krystalplan refererer til arrangementet af atomer på et specifikt plan. Disse to har en vis overensstemmelse, 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 af (111) krystalplanet til [111] krystalorienteringen, hvilket betyder, at atomarrangementet langs [111] retningen er vinkelret på dette plan.
I halvlederprocesser påvirker valget af krystalplan i høj grad enhedens ydeevne. For eksempel i siliciumbaserede halvledere er almindeligt anvendte krystalplaner (100) og (111), fordi de har forskellige atomarrangementer og bindingsmetoder i forskellige retninger. Egenskaber som elektronmobilitet og overfladeenergi varierer på forskellige krystalplaner, hvilket påvirker ydeevnen og vækstprocessen af halvlederenheder.
4. Praktiske anvendelser i halvlederprocesser
I siliciumbaseret halvlederfremstilling 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 atomarrangementet i disse orienteringer er gunstige for krystalvækst.
Ætsningsproces: Ved vådætsning har forskellige krystalplaner varierende ætsningshastigheder. For eksempel er ætsningshastighederne på (100) og (111) siliciumplanerne forskellige, hvilket resulterer i anisotropiske ætsningseffekter.
Enhedskarakteristika: Elektronmobiliteten i MOSFET-enheder påvirkes af krystalplanet. Typisk er mobiliteten højere på (100)-planet, hvorfor moderne siliciumbaserede MOSFET'er overvejende bruger (100) wafere.
Sammenfattende er krystalplaner og krystalorienteringer to grundlæggende måder at beskrive strukturen af krystaller i krystallografi. Krystalorientering repræsenterer retningsegenskaberne i en krystal, mens krystalplaner beskriver specifikke planer i krystallen. Disse to begreber er tæt beslægtede i halvlederfremstilling. Valget af krystalplaner påvirker direkte materialets fysiske og kemiske egenskaber, mens krystalorientering påvirker krystalvækst og forarbejdningsteknikker. At forstå forholdet mellem krystalplaner og orienteringer er afgørende for at optimere halvlederprocesser og forbedre enhedens ydeevne.
Indlægstid: Okt-08-2024