Ang mga kristal na eroplano at kristal na oryentasyon ay dalawang pangunahing konsepto sa crystallography, malapit na nauugnay sa istraktura ng kristal sa teknolohiyang integrated circuit na nakabatay sa silikon.
1. Kahulugan at Katangian ng Crystal Orientation
Ang oryentasyong kristal ay kumakatawan sa isang tiyak na direksyon sa loob ng isang kristal, na karaniwang ipinapahayag ng mga indeks ng oryentasyong kristal. Ang oryentasyong kristal ay tinukoy sa pamamagitan ng pagkonekta ng anumang dalawang lattice point sa loob ng kristal na istraktura, at mayroon itong mga sumusunod na katangian: bawat kristal na oryentasyon ay naglalaman ng walang katapusang bilang ng mga lattice point; ang isang kristal na oryentasyon ay maaaring binubuo ng maramihang parallel na kristal na oryentasyon na bumubuo ng isang kristal na oryentasyong pamilya; ang pamilya ng kristal na oryentasyon ay sumasaklaw sa lahat ng mga lattice point sa loob ng kristal.
Ang kahalagahan ng oryentasyong kristal ay namamalagi sa pagpapahiwatig ng direksyon na pag-aayos ng mga atomo sa loob ng kristal. Halimbawa, ang [111] kristal na oryentasyon ay kumakatawan sa isang partikular na direksyon kung saan ang projection ratios ng tatlong coordinate axes ay 1:1:1.
2. Kahulugan at Katangian ng Crystal Planes
Ang crystal plane ay isang plane ng atom arrangement sa loob ng crystal, na kinakatawan ng crystal plane index (Miller indices). Halimbawa, (111) ay nagpapahiwatig na ang mga kapalit ng mga intercept ng kristal na eroplano sa mga coordinate ax ay nasa ratio na 1:1:1. Ang kristal na eroplano ay may mga sumusunod na katangian: ang bawat kristal na eroplano ay naglalaman ng walang katapusang bilang ng mga lattice point; bawat kristal na eroplano ay may walang katapusang bilang ng mga parallel na eroplano na bumubuo ng isang kristal na eroplanong pamilya; ang pamilya ng kristal na eroplano ay sumasakop sa buong kristal.
Ang pagpapasiya ng mga indeks ng Miller ay nagsasangkot ng pagkuha ng mga intercept ng kristal na eroplano sa bawat coordinate axis, paghahanap ng kanilang mga reciprocals, at pag-convert sa mga ito sa pinakamaliit na integer ratio. Halimbawa, ang (111) crystal plane ay may mga intercept sa x, y, at z axes sa ratio na 1:1:1.
3. Ang Relasyon sa Pagitan ng Crystal Planes at Crystal Orientation
Ang mga kristal na eroplano at kristal na oryentasyon ay dalawang magkaibang paraan ng paglalarawan ng geometriko na istraktura ng isang kristal. Ang oryentasyong kristal ay tumutukoy sa pag-aayos ng mga atomo sa isang tiyak na direksyon, habang ang isang kristal na eroplano ay tumutukoy sa pag-aayos ng mga atomo sa isang partikular na eroplano. Ang dalawang ito ay may isang tiyak na pagsusulatan, ngunit kinakatawan nila ang magkaibang mga pisikal na konsepto.
Pangunahing relasyon: Ang normal na vector ng isang kristal na eroplano (ibig sabihin, ang vector na patayo sa eroplanong iyon) ay tumutugma sa isang kristal na oryentasyon. Halimbawa, ang normal na vector ng (111) kristal na eroplano ay tumutugma sa [111] kristal na oryentasyon, ibig sabihin na ang atomic arrangement sa kahabaan ng [111] direksyon ay patayo sa eroplanong iyon.
Sa mga proseso ng semiconductor, ang pagpili ng mga kristal na eroplano ay lubos na nakakaapekto sa pagganap ng aparato. Halimbawa, sa mga semiconductor na nakabatay sa silicon, ang karaniwang ginagamit na mga eroplanong kristal ay ang (100) at (111) na mga eroplano dahil mayroon silang iba't ibang atomic arrangement at mga paraan ng pagbubuklod sa iba't ibang direksyon. Ang mga katangian tulad ng electron mobility at surface energy ay nag-iiba sa iba't ibang kristal na eroplano, na nakakaimpluwensya sa pagganap at proseso ng paglago ng mga semiconductor device.
4. Mga Praktikal na Aplikasyon sa Mga Proseso ng Semiconductor
Sa paggawa ng semiconductor na nakabatay sa silikon, ang oryentasyong kristal at mga eroplanong kristal ay inilalapat sa maraming aspeto:
Paglago ng Kristal: Ang mga kristal na semiconductor ay karaniwang lumalago kasama ng mga partikular na oryentasyong kristal. Ang mga silikon na kristal ay karaniwang tumutubo sa [100] o [111] mga oryentasyon dahil ang katatagan at atomic na kaayusan sa mga oryentasyong ito ay paborable para sa paglaki ng kristal.
Proseso ng Pag-ukit: Sa wet etching, ang iba't ibang kristal na eroplano ay may iba't ibang rate ng pag-ukit. Halimbawa, ang mga rate ng pag-ukit sa (100) at (111) na mga eroplano ng silikon ay naiiba, na nagreresulta sa mga epekto ng anisotropic etching.
Mga Katangian ng Device: Ang electron mobility sa MOSFET device ay apektado ng crystal plane. Kadalasan, mas mataas ang mobility sa (100) eroplano, kaya naman ang mga modernong MOSFET na nakabatay sa silicon ay kadalasang gumagamit ng (100) na mga wafer.
Sa buod, ang mga kristal na eroplano at kristal na oryentasyon ay dalawang pangunahing paraan upang ilarawan ang istruktura ng mga kristal sa crystallography. Ang oryentasyong kristal ay kumakatawan sa mga katangian ng direksyon sa loob ng isang kristal, habang ang mga kristal na eroplano ay naglalarawan ng mga partikular na eroplano sa loob ng kristal. Ang dalawang konsepto na ito ay malapit na nauugnay sa paggawa ng semiconductor. Ang pagpili ng mga kristal na eroplano ay direktang nakakaapekto sa pisikal at kemikal na mga katangian ng materyal, habang ang kristal na oryentasyon ay nakakaimpluwensya sa paglaki ng kristal at mga diskarte sa pagproseso. Ang pag-unawa sa kaugnayan sa pagitan ng mga kristal na eroplano at oryentasyon ay mahalaga para sa pag-optimize ng mga proseso ng semiconductor at pagpapabuti ng pagganap ng device.
Oras ng post: Okt-08-2024