I piani cristallini e l'orientamento dei cristalli sono due concetti fondamentali della cristallografia, strettamente correlati alla struttura cristallina nella tecnologia dei circuiti integrati a base di silicio.
1.Definizione e proprietà dell'orientamento dei cristalli
L'orientamento del cristallo rappresenta una direzione specifica all'interno di un cristallo, tipicamente espressa da indici di orientamento del cristallo. L'orientamento del cristallo è definito collegando due punti qualsiasi del reticolo all'interno della struttura cristallina e ha le seguenti caratteristiche: ciascun orientamento del cristallo contiene un numero infinito di punti del reticolo; un orientamento del cristallo singolo può consistere di più orientamenti cristallini paralleli che formano una famiglia di orientamenti cristallini; la famiglia di orientamento del cristallo copre tutti i punti del reticolo all'interno del cristallo.
Il significato dell'orientamento del cristallo sta nell'indicare la disposizione direzionale degli atomi all'interno del cristallo. Ad esempio, l'orientamento del cristallo [111] rappresenta una direzione specifica in cui i rapporti di proiezione dei tre assi coordinati sono 1:1:1.
2. Definizione e proprietà dei piani cristallini
Un piano cristallino è un piano di disposizione degli atomi all'interno di un cristallo, rappresentato da indici del piano cristallino (indici di Miller). Ad esempio, (111) indica che i reciproci delle intercetta del piano del cristallo sugli assi delle coordinate sono nel rapporto di 1:1:1. Il piano cristallino ha le seguenti proprietà: ogni piano cristallino contiene un numero infinito di punti reticolari; ciascun piano cristallino ha un numero infinito di piani paralleli che formano una famiglia di piani cristallini; la famiglia dei piani cristallini copre l'intero cristallo.
La determinazione degli indici di Miller implica prendere le intercettazioni del piano cristallino su ciascun asse delle coordinate, trovare i loro reciproci e convertirli nel più piccolo rapporto intero. Ad esempio, il piano cristallino (111) ha intercetta sugli assi x, y e z nel rapporto di 1:1:1.
3. La relazione tra i piani cristallini e l'orientamento dei cristalli
I piani cristallini e l'orientamento del cristallo sono due modi diversi di descrivere la struttura geometrica di un cristallo. L'orientamento del cristallo si riferisce alla disposizione degli atomi lungo una direzione specifica, mentre il piano cristallino si riferisce alla disposizione degli atomi su un piano specifico. Questi due hanno una certa corrispondenza, ma rappresentano concetti fisici diversi.
Relazione chiave: Il vettore normale di un piano cristallino (cioè il vettore perpendicolare a quel piano) corrisponde all'orientamento del cristallo. Ad esempio, il vettore normale del piano cristallino (111) corrisponde all'orientamento del cristallo [111], il che significa che la disposizione atomica lungo la direzione [111] è perpendicolare a quel piano.
Nei processi a semiconduttore, la scelta dei piani cristallini influisce notevolmente sulle prestazioni del dispositivo. Ad esempio, nei semiconduttori a base di silicio, i piani cristallini comunemente usati sono i piani (100) e (111) perché hanno disposizioni atomiche e metodi di legame diversi in direzioni diverse. Proprietà come la mobilità degli elettroni e l'energia superficiale variano su diversi piani cristallini, influenzando le prestazioni e il processo di crescita dei dispositivi a semiconduttore.
4. Applicazioni pratiche nei processi dei semiconduttori
Nella produzione di semiconduttori a base di silicio, l'orientamento del cristallo e i piani cristallini vengono applicati in molti aspetti:
Crescita dei cristalli: i cristalli semiconduttori vengono generalmente coltivati lungo specifici orientamenti dei cristalli. I cristalli di silicio crescono più comunemente lungo gli orientamenti [100] o [111] perché la stabilità e la disposizione atomica in questi orientamenti sono favorevoli alla crescita dei cristalli.
Processo di incisione: nell'incisione a umido, diversi piani cristallini hanno velocità di incisione diverse. Ad esempio, le velocità di attacco sui piani (100) e (111) del silicio differiscono, determinando effetti di attacco anisotropico.
Caratteristiche del dispositivo: la mobilità degli elettroni nei dispositivi MOSFET è influenzata dal piano cristallino. In genere, la mobilità è maggiore sul piano (100), motivo per cui i moderni MOSFET a base di silicio utilizzano prevalentemente wafer (100).
In sintesi, i piani cristallini e gli orientamenti dei cristalli sono due modi fondamentali per descrivere la struttura dei cristalli in cristallografia. L'orientamento del cristallo rappresenta le proprietà direzionali all'interno di un cristallo, mentre i piani cristallini descrivono piani specifici all'interno del cristallo. Questi due concetti sono strettamente correlati nella produzione di semiconduttori. La selezione dei piani cristallini influisce direttamente sulle proprietà fisiche e chimiche del materiale, mentre l'orientamento dei cristalli influenza la crescita dei cristalli e le tecniche di lavorazione. Comprendere la relazione tra i piani cristallini e gli orientamenti è fondamentale per ottimizzare i processi dei semiconduttori e migliorare le prestazioni dei dispositivi.
Orario di pubblicazione: 08 ottobre 2024