კრისტალური სიბრტყეები და კრისტალის ორიენტაცია კრისტალოგრაფიაში ორი ძირითადი კონცეფციაა, რომლებიც მჭიდრო კავშირშია სილიციუმზე დაფუძნებული ინტეგრირებული სქემების ტექნოლოგიაში კრისტალურ სტრუქტურასთან.
1. კრისტალის ორიენტაციის განმარტება და თვისებები
კრისტალის ორიენტაცია წარმოადგენს კრისტალის შიგნით სპეციფიკურ მიმართულებას, რომელიც, როგორც წესი, გამოიხატება კრისტალის ორიენტაციის ინდექსებით. კრისტალის ორიენტაცია განისაზღვრება კრისტალურ სტრუქტურაში ნებისმიერი ორი ბადის წერტილის დაკავშირებით და მას აქვს შემდეგი მახასიათებლები: თითოეული კრისტალის ორიენტაცია შეიცავს ბადის წერტილების უსასრულო რაოდენობას; ერთი კრისტალის ორიენტაცია შეიძლება შედგებოდეს მრავალი პარალელური კრისტალის ორიენტაციისგან, რომლებიც ქმნიან კრისტალის ორიენტაციის ოჯახს; კრისტალის ორიენტაციის ოჯახი მოიცავს კრისტალის შიგნით ბადის ყველა წერტილს.
კრისტალის ორიენტაციის მნიშვნელობა კრისტალში ატომების მიმართულების მითითებაში მდგომარეობს. მაგალითად, [111] კრისტალის ორიენტაცია წარმოადგენს კონკრეტულ მიმართულებას, სადაც სამი კოორდინატული ღერძის პროექციის თანაფარდობაა 1:1:1.
2. კრისტალური სიბრტყეების განმარტება და თვისებები
კრისტალური სიბრტყე არის ატომების განლაგების სიბრტყე კრისტალში, რომელიც წარმოდგენილია კრისტალური სიბრტყის ინდექსებით (მილერის ინდექსები). მაგალითად, (111) მიუთითებს, რომ კოორდინატთა ღერძებზე კრისტალური სიბრტყის გადაკვეთების უკუღმა მნიშვნელობები 1:1:1 თანაფარდობითაა. კრისტალურ სიბრტყეს აქვს შემდეგი თვისებები: თითოეული კრისტალური სიბრტყე შეიცავს ბადის წერტილების უსასრულო რაოდენობას; თითოეულ კრისტალურ სიბრტყეს აქვს პარალელური სიბრტყეების უსასრულო რაოდენობა, რომლებიც ქმნიან კრისტალური სიბრტყეების ოჯახს; კრისტალური სიბრტყის ოჯახი მოიცავს მთელ კრისტალს.
მილერის ინდექსების განსაზღვრა გულისხმობს თითოეულ კოორდინატულ ღერძზე კრისტალური სიბრტყის გადაკვეთების აღებას, მათი უკურიცხვების პოვნას და მათ უმცირეს მთელ რიცხვებად გარდაქმნას. მაგალითად, (111) კრისტალურ სიბრტყეს x, y და z ღერძებზე გადაკვეთები აქვს 1:1:1 თანაფარდობით.
3. კრისტალურ სიბრტყეებსა და კრისტალის ორიენტაციას შორის ურთიერთობა
კრისტალური სიბრტყეები და კრისტალის ორიენტაცია კრისტალის გეომეტრიული სტრუქტურის აღწერის ორი განსხვავებული გზაა. კრისტალური ორიენტაცია ატომების განლაგებას კონკრეტული მიმართულებით გულისხმობს, ხოლო კრისტალური სიბრტყე - ატომების განლაგებას კონკრეტულ სიბრტყეზე. ამ ორს გარკვეული შესაბამისობა აქვს, მაგრამ ისინი სხვადასხვა ფიზიკურ ცნებებს წარმოადგენენ.
ძირითადი ურთიერთობა: კრისტალური სიბრტყის ნორმალური ვექტორი (ანუ ამ სიბრტყის პერპენდიკულარული ვექტორი) შეესაბამება კრისტალის ორიენტაციას. მაგალითად, (111) კრისტალური სიბრტყის ნორმალური ვექტორი შეესაბამება [111] კრისტალის ორიენტაციას, რაც ნიშნავს, რომ [111] მიმართულებით ატომების განლაგება ამ სიბრტყის პერპენდიკულარულია.
ნახევარგამტარული პროცესების დროს, კრისტალური სიბრტყეების შერჩევა დიდ გავლენას ახდენს მოწყობილობის მუშაობაზე. მაგალითად, სილიციუმზე დაფუძნებულ ნახევარგამტარებში, ხშირად გამოყენებული კრისტალური სიბრტყეებია (100) და (111) სიბრტყეები, რადგან მათ აქვთ სხვადასხვა ატომური განლაგება და შეერთების მეთოდები სხვადასხვა მიმართულებით. ისეთი თვისებები, როგორიცაა ელექტრონების მობილურობა და ზედაპირული ენერგია, განსხვავდება სხვადასხვა კრისტალურ სიბრტყეზე, რაც გავლენას ახდენს ნახევარგამტარული მოწყობილობების მუშაობასა და ზრდის პროცესზე.
4. პრაქტიკული გამოყენება ნახევარგამტარულ პროცესებში
სილიკონზე დაფუძნებული ნახევარგამტარების წარმოებაში, კრისტალური ორიენტაცია და კრისტალური სიბრტყეები გამოიყენება მრავალი ასპექტით:
კრისტალის ზრდა: ნახევარგამტარული კრისტალები, როგორც წესი, იზრდება კონკრეტული კრისტალის ორიენტაციის გასწვრივ. სილიციუმის კრისტალები ყველაზე ხშირად იზრდება [100] ან [111] ორიენტაციის გასწვრივ, რადგან ამ ორიენტაციებში სტაბილურობა და ატომური განლაგება ხელსაყრელ გავლენას ახდენს კრისტალის ზრდაზე.
გრავირების პროცესი: სველი გრავირების დროს, სხვადასხვა კრისტალურ სიბრტყეს განსხვავებული გრავირების სიჩქარე აქვს. მაგალითად, სილიციუმის (100) და (111) სიბრტყეებზე გრავირების სიჩქარეები განსხვავებულია, რაც იწვევს ანიზოტროპულ გრავირების ეფექტებს.
მოწყობილობის მახასიათებლები: MOSFET მოწყობილობებში ელექტრონების მობილურობაზე გავლენას ახდენს კრისტალური სიბრტყე. როგორც წესი, მობილურობა უფრო მაღალია (100) სიბრტყეზე, რის გამოც თანამედროვე სილიციუმის ბაზაზე დაფუძნებული MOSFET-ები უპირატესად იყენებენ (100) ვაფლებს.
შეჯამებისთვის, კრისტალური სიბრტყეები და კრისტალების ორიენტაცია კრისტალოგრაფიაში კრისტალების სტრუქტურის აღსაწერად ორი ფუნდამენტური გზაა. კრისტალის ორიენტაცია წარმოადგენს კრისტალის შიგნით მიმართულების თვისებებს, ხოლო კრისტალის სიბრტყეები აღწერს კრისტალის შიგნით სპეციფიკურ სიბრტყეებს. ეს ორი კონცეფცია მჭიდრო კავშირშია ნახევარგამტარების წარმოებაში. კრისტალური სიბრტყეების შერჩევა პირდაპირ გავლენას ახდენს მასალის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე, ხოლო კრისტალის ორიენტაცია გავლენას ახდენს კრისტალის ზრდასა და დამუშავების ტექნიკაზე. კრისტალურ სიბრტყეებსა და ორიენტაციებს შორის ურთიერთობის გაგება გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა ნახევარგამტარების პროცესების ოპტიმიზაციისა და მოწყობილობის მუშაობის გაუმჯობესებისთვის.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 8 ოქტომბერი