კრისტალური სიბრტყეები და ბროლის ორიენტაცია არის ორი ძირითადი კონცეფცია კრისტალოგრაფიაში, რომლებიც მჭიდრო კავშირშია კრისტალურ სტრუქტურასთან სილიკონზე დაფუძნებული ინტეგრირებული მიკროსქემის ტექნოლოგიაში.
1.კრისტალური ორიენტაციის განმარტება და თვისებები
კრისტალური ორიენტაცია წარმოადგენს კონკრეტულ მიმართულებას კრისტალში, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიხატება კრისტალური ორიენტაციის ინდექსებით. ბროლის ორიენტაცია განისაზღვრება კრისტალური სტრუქტურის შიგნით ნებისმიერი ორი მედის წერტილის შეერთებით და მას აქვს შემდეგი მახასიათებლები: თითოეული ბროლის ორიენტაცია შეიცავს უსასრულო რაოდენობის გისოსებს; ერთი ბროლის ორიენტაცია შეიძლება შედგებოდეს მრავალი პარალელური კრისტალური ორიენტაციისგან, რომლებიც ქმნიან ბროლის ორიენტაციის ოჯახს; ბროლის ორიენტაციის ოჯახი მოიცავს კრისტალის ყველა გისოსებს.
ბროლის ორიენტაციის მნიშვნელობა მდგომარეობს კრისტალში ატომების მიმართულების განლაგების მითითებაში. მაგალითად, [111] კრისტალური ორიენტაცია წარმოადგენს კონკრეტულ მიმართულებას, სადაც სამი კოორდინატთა ღერძის პროექციის თანაფარდობაა 1:1:1.
2. ბროლის სიბრტყეების განმარტება და თვისებები
ბროლის სიბრტყე არის ატომის განლაგების სიბრტყე კრისტალში, რომელიც წარმოდგენილია ბროლის სიბრტყის ინდექსებით (მილერის ინდექსები). მაგალითად, (111) მიუთითებს, რომ ბროლის სიბრტყის კვეთების საპასუხოები კოორდინატთა ღერძებზე არის 1:1:1 თანაფარდობით. ბროლის სიბრტყეს აქვს შემდეგი თვისებები: თითოეული ბროლის სიბრტყე შეიცავს უსასრულო რაოდენობის გისოსებს; თითოეულ კრისტალურ სიბრტყეს აქვს უსასრულო რაოდენობის პარალელური სიბრტყეები, რომლებიც ქმნიან ბროლის სიბრტყის ოჯახს; ბროლის სიბრტყის ოჯახი მთელ კრისტალს მოიცავს.
მილერის ინდექსების განსაზღვრა გულისხმობს კრისტალური სიბრტყის კვეთების აღებას თითოეულ კოორდინატთა ღერძზე, მათი საპასუხო მნიშვნელობების პოვნას და მათ უმცირეს მთელ თანაფარდობაში გადაქცევას. მაგალითად, (111) ბროლის სიბრტყეს აქვს კვეთები x, y და z ღერძებზე 1:1:1 თანაფარდობით.
3. კავშირი კრისტალურ სიბრტყესა და ბროლის ორიენტაციას შორის
კრისტალური სიბრტყეები და ბროლის ორიენტაცია ბროლის გეომეტრიული სტრუქტურის აღწერის ორი განსხვავებული გზაა. კრისტალური ორიენტაცია ეხება ატომების განლაგებას კონკრეტული მიმართულებით, ხოლო ბროლის სიბრტყე ეხება ატომების განლაგებას კონკრეტულ სიბრტყეზე. ამ ორს აქვს გარკვეული შესაბამისობა, მაგრამ ისინი წარმოადგენენ განსხვავებულ ფიზიკურ კონცეფციებს.
საკვანძო ურთიერთობა: ბროლის სიბრტყის ნორმალური ვექტორი (ანუ ვექტორი ამ სიბრტყის პერპენდიკულარული) შეესაბამება ბროლის ორიენტაციას. მაგალითად, (111) ბროლის სიბრტყის ნორმალური ვექტორი შეესაბამება [111] კრისტალურ ორიენტაციას, რაც ნიშნავს, რომ ატომური განლაგება [111] მიმართულების გასწვრივ არის ამ სიბრტყის პერპენდიკულარული.
ნახევარგამტარულ პროცესებში ბროლის სიბრტყეების შერჩევა დიდად მოქმედებს მოწყობილობის მუშაობაზე. მაგალითად, სილიკონზე დაფუძნებულ ნახევარგამტარებში, ხშირად გამოყენებული კრისტალური სიბრტყეებია (100) და (111) თვითმფრინავები, რადგან მათ აქვთ სხვადასხვა ატომური განლაგება და შემაკავშირებელი მეთოდები სხვადასხვა მიმართულებით. ისეთი თვისებები, როგორიცაა ელექტრონების მობილურობა და ზედაპირის ენერგია, განსხვავდება სხვადასხვა კრისტალურ სიბრტყეზე, რაც გავლენას ახდენს ნახევარგამტარული მოწყობილობების მუშაობასა და ზრდის პროცესზე.
4. პრაქტიკული გამოყენება ნახევარგამტარულ პროცესებში
სილიკონზე დაფუძნებული ნახევარგამტარების წარმოებაში, ბროლის ორიენტაცია და ბროლის სიბრტყეები გამოიყენება მრავალ ასპექტში:
კრისტალური ზრდა: ნახევარგამტარული კრისტალები ჩვეულებრივ იზრდება კრისტალური ორიენტაციის გასწვრივ. სილიციუმის კრისტალები ყველაზე ხშირად იზრდება [100] ან [111] ორიენტაციის გასწვრივ, რადგან ამ ორიენტაციაში სტაბილურობა და ატომური განლაგება ხელსაყრელია კრისტალების ზრდისთვის.
აკრავის პროცესი: სველი ოქროვის დროს, სხვადასხვა კრისტალურ სიბრტყეებს აქვთ სხვადასხვა გრავიურა. მაგალითად, სილიციუმის (100) და (111) სიბრტყეებზე აკრავის სიჩქარე განსხვავებულია, რაც იწვევს ანიზოტროპული ატრასების ეფექტებს.
მოწყობილობის მახასიათებლები: MOSFET მოწყობილობებში ელექტრონების მობილურობაზე გავლენას ახდენს ბროლის სიბრტყე. როგორც წესი, მობილურობა უფრო მაღალია (100) სიბრტყეზე, რის გამოც თანამედროვე სილიკონზე დაფუძნებული MOSFET-ები უპირატესად იყენებენ (100) ვაფლს.
მოკლედ, ბროლის სიბრტყეები და ბროლის ორიენტაცია არის ორი ფუნდამენტური გზა კრისტალების სტრუქტურის აღწერისთვის კრისტალოგრაფიაში. კრისტალური ორიენტაცია წარმოადგენს მიმართულების თვისებებს ბროლის შიგნით, ხოლო ბროლის სიბრტყეები აღწერს სპეციფიკურ სიბრტყეებს კრისტალში. ეს ორი კონცეფცია მჭიდრო კავშირშია ნახევარგამტარების წარმოებაში. ბროლის სიბრტყეების შერჩევა პირდაპირ გავლენას ახდენს მასალის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე, ხოლო ბროლის ორიენტაცია გავლენას ახდენს კრისტალების ზრდასა და დამუშავების ტექნიკაზე. კრისტალურ სიბრტყესა და ორიენტაციას შორის ურთიერთობის გაგება გადამწყვეტია ნახევარგამტარული პროცესების ოპტიმიზაციისა და მოწყობილობის მუშაობის გასაუმჯობესებლად.
გამოქვეყნების დრო: ოქტ-08-2024