Кристаллические плоскости и кристаллическая ориентация — два основных понятия в кристаллографии, тесно связанных со структурой кристалла в технологии кремниевых интегральных схем.
1.Определение и свойства кристаллической ориентации
Ориентация кристалла представляет собой определенное направление внутри кристалла, обычно выражаемое индексами ориентации кристалла. Ориентация кристалла определяется путем соединения любых двух точек решетки внутри кристаллической структуры и имеет следующие характеристики: каждая ориентация кристалла содержит бесконечное число точек решетки; единая ориентация кристалла может состоять из нескольких параллельных ориентаций кристалла, образующих семейство ориентаций кристалла; семейство ориентаций кристалла охватывает все точки решетки внутри кристалла.
Значение ориентации кристалла заключается в указании направленного расположения атомов внутри кристалла. Например, ориентация кристалла [111] представляет собой определенное направление, где проекционные соотношения трех координатных осей составляют 1:1:1.
2. Определение и свойства кристаллических плоскостей
Кристаллическая плоскость — это плоскость расположения атомов внутри кристалла, представленная индексами кристаллической плоскости (индексами Миллера). Например, (111) указывает, что обратные величины пересечений кристаллической плоскости с осями координат находятся в соотношении 1:1:1. Кристаллическая плоскость обладает следующими свойствами: каждая кристаллическая плоскость содержит бесконечное число точек решетки; каждая кристаллическая плоскость имеет бесконечное число параллельных плоскостей, образующих семейство кристаллических плоскостей; семейство кристаллических плоскостей покрывает весь кристалл.
Определение индексов Миллера включает в себя взятие пересечений кристаллической плоскости на каждой координатной оси, нахождение их обратных величин и преобразование их в наименьшее целочисленное отношение. Например, кристаллическая плоскость (111) имеет пересечения на осях x, y и z в отношении 1:1:1.
3. Связь между кристаллическими плоскостями и ориентацией кристалла
Кристаллические плоскости и кристаллическая ориентация — это два разных способа описания геометрической структуры кристалла. Кристаллическая ориентация относится к расположению атомов вдоль определенного направления, в то время как кристаллическая плоскость относится к расположению атомов на определенной плоскости. Эти два понятия имеют определенное соответствие, но они представляют собой разные физические концепции.
Ключевое соотношение: Нормальный вектор кристаллической плоскости (т. е. вектор, перпендикулярный этой плоскости) соответствует кристаллической ориентации. Например, нормальный вектор кристаллической плоскости (111) соответствует кристаллической ориентации [111], что означает, что атомное расположение вдоль направления [111] перпендикулярно этой плоскости.
В полупроводниковых процессах выбор кристаллических плоскостей сильно влияет на производительность устройства. Например, в кремниевых полупроводниках обычно используются кристаллические плоскости (100) и (111), поскольку они имеют различное расположение атомов и методы связи в разных направлениях. Такие свойства, как подвижность электронов и поверхностная энергия, различаются на разных кристаллических плоскостях, влияя на производительность и процесс роста полупроводниковых устройств.
4. Практическое применение в полупроводниковых процессах
В производстве полупроводников на основе кремния ориентация кристаллов и кристаллографические плоскости применяются во многих аспектах:
Рост кристаллов: Кристаллы полупроводников обычно выращиваются вдоль определенных ориентаций кристаллов. Кристаллы кремния чаще всего растут вдоль ориентаций [100] или [111], поскольку стабильность и атомное расположение в этих ориентациях благоприятны для роста кристаллов.
Процесс травления: При влажном травлении разные кристаллические плоскости имеют разные скорости травления. Например, скорости травления на плоскостях (100) и (111) кремния различаются, что приводит к анизотропным эффектам травления.
Характеристики устройства: Подвижность электронов в устройствах MOSFET зависит от кристаллической плоскости. Обычно подвижность выше на плоскости (100), поэтому современные кремниевые MOSFET в основном используют пластины (100).
Подводя итог, можно сказать, что кристаллические плоскости и кристаллические ориентации являются двумя основными способами описания структуры кристаллов в кристаллографии. Кристаллическая ориентация представляет направленные свойства внутри кристалла, в то время как кристаллические плоскости описывают определенные плоскости внутри кристалла. Эти два понятия тесно связаны в производстве полупроводников. Выбор кристаллических плоскостей напрямую влияет на физические и химические свойства материала, в то время как кристаллическая ориентация влияет на методы выращивания и обработки кристаллов. Понимание взаимосвязи между кристаллическими плоскостями и ориентациями имеет решающее значение для оптимизации полупроводниковых процессов и улучшения производительности устройств.
Время публикации: 08-окт. 2024 г.