Krystallplan og krystallorientering er to kjernekonsepter innen krystallografi, nært knyttet til krystallstrukturen i silisiumbasert integrert kretsteknologi.
1. Definisjon og egenskaper ved krystallorientering
Krystallorientering representerer en spesifikk retning i en krystall, vanligvis uttrykt ved krystallorienteringsindekser. Krystallorientering defineres ved å forbinde to gitterpunkter i krystallstrukturen, og den har følgende egenskaper: hver krystallorientering inneholder et uendelig antall gitterpunkter; en enkelt krystallorientering kan bestå av flere parallelle krystallorienteringer som danner en krystallorienteringsfamilie; krystallorienteringsfamilien dekker alle gitterpunkter i krystallen.
Betydningen av krystallorientering ligger i å indikere den retningsbestemte ordningen av atomer i krystallen. For eksempel representerer [111] krystallorienteringen en spesifikk retning der projeksjonsforholdene til de tre koordinataksene er 1:1:1.
2. Definisjon og egenskaper ved krystallplan
Et krystallplan er et plan for atomarrangementet i en krystall, representert av krystallplanindekser (Miller-indekser). For eksempel indikerer (111) at de resiproke verdiene av krystallplanets skjæringspunkter på koordinataksene er i forholdet 1:1:1. Krystallplanet har følgende egenskaper: hvert krystallplan inneholder et uendelig antall gitterpunkter; hvert krystallplan har et uendelig antall parallelle plan som danner en krystallplanfamilie; krystallplanfamilien dekker hele krystallen.
Bestemmelsen av Miller-indekser innebærer å ta skjæringspunktene til krystallplanet på hver koordinatakse, finne deres resiproke verdier og konvertere dem til det minste heltallsforholdet. For eksempel har (111)-krystallplanet skjæringspunkter på x-, y- og z-aksene i forholdet 1:1:1.
3. Forholdet mellom krystallplan og krystallorientering
Krystallplan og krystallorientering er to forskjellige måter å beskrive den geometriske strukturen til en krystall på. Krystallorientering refererer til arrangementet av atomer langs en bestemt retning, mens et krystallplan refererer til arrangementet av atomer på et bestemt plan. Disse to har en viss korrespondanse, men de representerer forskjellige fysiske konsepter.
Nøkkelforhold: Normalvektoren til et krystallplan (dvs. vektoren som er vinkelrett på det planet) tilsvarer en krystallorientering. For eksempel tilsvarer normalvektoren til (111)-krystallplanet [111]-krystallorienteringen, som betyr at atomarrangementet langs [111]-retningen er vinkelrett på det planet.
I halvlederprosesser påvirker valget av krystallplan i stor grad enhetens ytelse. For eksempel, i silisiumbaserte halvledere er de vanligste krystallplanene (100) og (111) fordi de har forskjellige atomarrangementer og bindingsmetoder i forskjellige retninger. Egenskaper som elektronmobilitet og overflateenergi varierer på forskjellige krystallplan, noe som påvirker ytelsen og vekstprosessen til halvlederenheter.
4. Praktiske anvendelser i halvlederprosesser
I silisiumbasert halvlederproduksjon brukes krystallorientering og krystallplan i mange aspekter:
Krystallvekst: Halvlederkrystaller dyrkes vanligvis langs spesifikke krystallorienteringer. Silisiumkrystaller vokser vanligvis langs [100]- eller [111]-orienteringene fordi stabiliteten og atomarrangementet i disse orienteringene er gunstig for krystallvekst.
Etseprosess: Ved våtetsing har forskjellige krystallplan varierende etsehastigheter. For eksempel er etsehastighetene på (100)- og (111)-planene til silisium forskjellige, noe som resulterer i anisotrope etseeffekter.
Enhetsegenskaper: Elektronmobiliteten i MOSFET-enheter påvirkes av krystallplanet. Vanligvis er mobiliteten høyere på (100)-planet, og det er derfor moderne silisiumbaserte MOSFET-er hovedsakelig bruker (100)-wafere.
Oppsummert er krystallplan og krystallorienteringer to grunnleggende måter å beskrive strukturen til krystaller i krystallografi. Krystallorientering representerer retningsegenskapene i en krystall, mens krystallplan beskriver spesifikke plan i krystallen. Disse to konseptene er nært beslektet i halvlederproduksjon. Valget av krystallplan påvirker direkte materialets fysiske og kjemiske egenskaper, mens krystallorientering påvirker krystallvekst og prosesseringsteknikker. Å forstå forholdet mellom krystallplan og orienteringer er avgjørende for å optimalisere halvlederprosesser og forbedre enhetens ytelse.
Publisert: 08. oktober 2024