Kristallitasot ja kiteen orientaatio ovat kaksi kristallografian ydinkäsitettä, jotka liittyvät läheisesti piipohjaisen integroidun piiritekniikan kiderakenteeseen.
1. Crystal Orientation määritelmä ja ominaisuudet
Kiteen orientaatio edustaa tiettyä suuntaa kiteen sisällä, tyypillisesti ilmaistuna kiteen orientaatioindekseillä. Kiteen orientaatio määritellään yhdistämällä mitkä tahansa kaksi hilapistettä kiderakenteen sisällä, ja sillä on seuraavat ominaisuudet: jokainen kideorientaatio sisältää äärettömän määrän hilapisteitä; yksikideorientaatio voi koostua useista rinnakkaisista kideorientaatioista, jotka muodostavat kideorientaatioperheen; kideorientaatioperhe kattaa kaikki hilapisteet kiteen sisällä.
Kiteen orientaation merkitys piilee atomien suunnatun järjestyksen osoittamisessa kiteen sisällä. Esimerkiksi [111]-kideorientaatio edustaa tiettyä suuntaa, jossa kolmen koordinaattiakselin projektiosuhteet ovat 1:1:1.
2. Kristallitasojen määritelmä ja ominaisuudet
Kiteetaso on atomien järjestelyn taso kiteen sisällä, jota edustavat kidetason indeksit (Miller-indeksit). Esimerkiksi (111) osoittaa, että kidetason leikkauspisteiden käänteiset koordinaattiakseleilla ovat suhteessa 1:1:1. Kidetasolla on seuraavat ominaisuudet: jokainen kidetaso sisältää äärettömän määrän hilapisteitä; jokaisella kidetasolla on ääretön määrä yhdensuuntaisia tasoja, jotka muodostavat kidetasoperheen; kristallitasoperhe kattaa koko kristallin.
Miller-indeksien määrittämiseen kuuluu kidetason leikkauspisteiden ottaminen kullakin koordinaattiakselilla, niiden käänteislukujen löytäminen ja niiden muuntaminen pienimmäksi kokonaislukusuhteeksi. Esimerkiksi (111) kidetasolla on leikkauspisteet x-, y- ja z-akseleilla suhteessa 1:1:1.
3. Kristallitasojen ja kristalliorientaation välinen suhde
Kiteen tasot ja kiteen suuntaus ovat kaksi eri tapaa kuvata kiteen geometrista rakennetta. Kiteen orientaatio viittaa atomien järjestelyyn tiettyyn suuntaan, kun taas kidetaso viittaa atomien järjestelyyn tietyllä tasolla. Näillä kahdella on tietty vastaavuus, mutta ne edustavat erilaisia fyysisiä käsitteitä.
Avainsuhde: Kidetason normaalivektori (eli vektori, joka on kohtisuorassa kyseiseen tasoon nähden) vastaa kideorientaatiota. Esimerkiksi (111)-kidetason normaalivektori vastaa [111]-kideorientaatiota, mikä tarkoittaa, että atomijärjestely [111]-suunnassa on kohtisuorassa kyseiseen tasoon nähden.
Puolijohdeprosesseissa kidetasojen valinta vaikuttaa suuresti laitteen suorituskykyyn. Esimerkiksi piipohjaisissa puolijohteissa yleisesti käytettyjä kidetasoja ovat (100) ja (111) tasot, koska niillä on erilaiset atomijärjestelyt ja sidosmenetelmät eri suuntiin. Ominaisuudet, kuten elektronien liikkuvuus ja pintaenergia vaihtelevat eri kidetasoilla, mikä vaikuttaa puolijohdelaitteiden suorituskykyyn ja kasvuprosessiin.
4. Käytännön sovellukset puolijohdeprosesseissa
Piipohjaisessa puolijohteiden valmistuksessa kideorientaatiota ja kidetasoja sovelletaan monissa asioissa:
Kiteen kasvu: Puolijohdekiteitä kasvatetaan tyypillisesti tiettyjä kidesuuntauksia pitkin. Piikiteet kasvavat yleisimmin [100]- tai [111]-orientaatioita pitkin, koska näiden orientaatioiden stabiilius ja atomijärjestely ovat suotuisia kiteen kasvulle.
Etsausprosessi: Märkäetsauksessa eri kidetasoilla on vaihtelevat etsausnopeudet. Esimerkiksi etsausnopeudet piin (100) ja (111) tasoilla eroavat, mikä johtaa anisotrooppisiin etsausvaikutuksiin.
Laitteen ominaisuudet: MOSFET-laitteiden elektronien liikkuvuuteen vaikuttaa kidetaso. Tyypillisesti liikkuvuus on korkeampi tasossa (100), minkä vuoksi nykyaikaiset piipohjaiset MOSFETit käyttävät pääasiassa (100) kiekkoja.
Yhteenvetona voidaan todeta, että kidetasot ja kiteiden orientaatiot ovat kaksi perustavaa tapaa kuvata kiteiden rakennetta kristallografiassa. Kiteen suuntaus edustaa suuntaominaisuuksia kiteen sisällä, kun taas kidetasot kuvaavat tiettyjä tasoja kiteen sisällä. Nämä kaksi käsitettä liittyvät läheisesti puolijohteiden valmistukseen. Kidetasojen valinta vaikuttaa suoraan materiaalin fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin, kun taas kiteen suuntautuminen kiteen kasvuun ja käsittelytekniikoihin. Kiteen tasojen ja suuntausten välisen suhteen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää puolijohdeprosessien optimoinnissa ja laitteen suorituskyvyn parantamisessa.
Postitusaika: 08.10.2024