Kristalflötur og kristalstefnumörkun eru tvö kjarnahugtök í kristalfræði, nátengd kristalbyggingu í kísil-byggðri samþættum hringrásartækni.
1. Skilgreining og eiginleikar kristalstefnu
Kristalstefnumörkun táknar ákveðna stefnu innan kristals, yfirleitt tjáð með kristalstefnuvísum. Kristalstefnumörkun er skilgreind með því að tengja saman tvo grindarpunkta innan kristalbyggingarinnar og hefur eftirfarandi eiginleika: hver kristalstefnumörkun inniheldur óendanlegan fjölda grindarpunkta; ein kristalstefnumörkun getur samanstaðið af mörgum samsíða kristalstefnum sem mynda kristalstefnufjölskyldu; kristalstefnufjölskyldan nær yfir alla grindarpunkta innan kristalsins.
Þýðing kristallastefnunnar felst í því að gefa til kynna stefnuröðun atóma innan kristalsins. Til dæmis táknar kristallastefnun [111] ákveðna stefnu þar sem vörpunhlutfall þriggja hnitaásanna er 1:1:1.
2. Skilgreining og eiginleikar kristalflata
Kristalplan er plan atómaraðferðar innan kristals, táknað með kristalplansvísum (Miller-vísum). Til dæmis gefur (111) til kynna að gagnkvæmar skurðpunktar kristalplansins á hnitaásunum séu í hlutfallinu 1:1:1. Kristalplanið hefur eftirfarandi eiginleika: hvert kristalplan inniheldur óendanlegan fjölda grindarpunkta; hvert kristalplan hefur óendanlegan fjölda samsíða plana sem mynda kristalplanafjölskyldu; kristalplanafjölskyldan nær yfir allan kristalinn.
Ákvörðun Miller-vísitalna felur í sér að taka skurðpunkta kristalplansins á hverjum hnitaás, finna gagnkvæma punkta þeirra og umbreyta þeim í minnsta heiltöluhlutfall. Til dæmis hefur kristalplanið (111) skurðpunkta á x-, y- og z-ásunum í hlutfallinu 1:1:1.
3. Tengslin milli kristalfleta og kristalstefnu
Kristalflötur og kristalstefnur eru tvær mismunandi leiðir til að lýsa rúmfræðilegri uppbyggingu kristals. Kristalstefnur vísa til röðunar atóma eftir ákveðinni átt, en kristalflötur vísar til röðunar atóma á ákveðnu plani. Þessir tveir hafa ákveðna samsvörun, en þeir tákna mismunandi eðlisfræðileg hugtök.
Lykiltenging: Venjulegur vigur kristalplans (þ.e. vigur sem er hornréttur á það plan) samsvarar kristalstefnu. Til dæmis samsvarar venjulegur vigur (111) kristalplansins [111] kristalstefnunni, sem þýðir að atómröðunin meðfram [111] stefnunni er hornrétt á það plan.
Í hálfleiðaraferlum hefur val á kristalflötum mikil áhrif á afköst tækja. Til dæmis, í kísilbundnum hálfleiðurum eru algengustu kristalflötin (100) og (111) flötin vegna þess að þau hafa mismunandi atómröðun og tengiaðferðir í mismunandi áttir. Eiginleikar eins og rafeindahreyfanleiki og yfirborðsorka eru mismunandi á mismunandi kristalflötum, sem hefur áhrif á afköst og vaxtarferli hálfleiðara.
4. Hagnýt notkun í hálfleiðaraferlum
Í framleiðslu á kísilbundnum hálfleiðurum er kristalstefnumörkun og kristalflötum beitt á marga vegu:
Kristallavöxtur: Hálfleiðarakristallar eru yfirleitt ræktaðir eftir ákveðnum kristalstefnum. Kísilkristallar vaxa oftast eftir [100] eða [111] stefnum vegna þess að stöðugleiki og atómröðun í þessum stefnum er hagstæð fyrir kristalvöxt.
Etsunarferli: Í blautum etsunarferlum hafa mismunandi kristalflöt mismunandi etsunarhraða. Til dæmis er etsunarhraðinn á (100) og (111) fletunum í kísli mismunandi, sem leiðir til ósamhverfra etsunaráhrifa.
Eiginleikar tækja: Hreyfanleiki rafeinda í MOSFET tækjum er háður kristalfletinum. Venjulega er hreyfanleikinn meiri á (100) fletinum, og þess vegna nota nútíma kísill-byggðar MOSFET aðallega (100) skífur.
Í stuttu máli eru kristalplan og kristalstefnur tvær grundvallarleiðir til að lýsa uppbyggingu kristalla í kristalfræði. Kristalstefnur tákna stefnueiginleika innan kristals, en kristalplan lýsa tilteknum fletum innan kristalsins. Þessi tvö hugtök eru nátengd í framleiðslu hálfleiðara. Val á kristalplanum hefur bein áhrif á eðlis- og efnafræðilega eiginleika efnisins, en kristalstefnur hafa áhrif á vöxt og vinnslutækni kristala. Að skilja sambandið milli kristalplana og stefnu er lykilatriði til að hámarka ferli hálfleiðara og bæta afköst tækja.
Birtingartími: 8. október 2024