מישורי גביש ואוריינטציה של גבישים הם שני מושגים מרכזיים בקריסטלוגרפיה, הקשורים קשר הדוק למבנה הגביש בטכנולוגיית מעגלים משולבים מבוססי סיליקון.
1. הגדרה ותכונות של כיוון גבישים
כיוון גביש מייצג כיוון ספציפי בתוך גביש, המתבטא בדרך כלל על ידי אינדקסי כיוון גביש. כיוון גביש מוגדר על ידי חיבור שתי נקודות סריג בתוך מבנה הגביש, ויש לו את המאפיינים הבאים: כל כיוון גביש מכיל מספר אינסופי של נקודות סריג; כיוון גביש יחיד יכול להיות מורכב ממספר כיוון גבישים מקבילים היוצרים משפחת כיוון גבישים; משפחת כיוון הגביש מכסה את כל נקודות הסריג בתוך הגביש.
חשיבות כיוון הגביש טמונה בציון הסידור הכיווני של האטומים בתוך הגביש. לדוגמה, כיוון הגביש [111] מייצג כיוון ספציפי שבו יחסי ההטלה של שלושת צירי הקואורדינטות הם 1:1:1.
2. הגדרה ותכונות של מישורי גביש
מישור גבישי הוא מישור של סידור אטומים בתוך גביש, המיוצג על ידי אינדקסי מישור גבישי (אינדקסי מילר). לדוגמה, (111) מציין כי ההופכי של נקודות החיתוך של מישור הגביש על צירי הקואורדינטות הם ביחס של 1:1:1. למישור הגביש יש את התכונות הבאות: כל מישור גבישי מכיל מספר אינסופי של נקודות סריג; לכל מישור גבישי יש מספר אינסופי של מישורים מקבילים היוצרים משפחת מישורי גביש; משפחת מישור הגביש מכסה את כל הגביש.
קביעת אינדקסי מילר כרוכה בחקיקת נקודות החיתוך של מישור הגביש על כל ציר קואורדינטות, מציאת נקודות החיתוך ההדדיות שלהם והמרתן ליחס השלם הקטן ביותר. לדוגמה, למישור הגביש (111) יש נקודות חיתוך על צירי x, y ו-z ביחס של 1:1:1.
3. הקשר בין מישורי גביש לאוריינטציה של גבישים
מישורי גביש ואוריינטציה של גביש הן שתי דרכים שונות לתאר את המבנה הגיאומטרי של גביש. אוריינטציה של גביש מתייחסת לסידור האטומים לאורך כיוון מסוים, בעוד שמישור גביש מתייחס לסידור האטומים על מישור מסוים. לשניים אלה יש התאמה מסוימת, אך הם מייצגים מושגים פיזיקליים שונים.
קשר מפתח: הווקטור הנורמלי של מישור גביש (כלומר, הווקטור המאונך למישור זה) מתאים לכיוון הגביש. לדוגמה, הווקטור הנורמלי של מישור הגביש (111) מתאים לכיוון הגביש [111], כלומר סידור האטומים לאורך כיוון [111] מאונך למישור זה.
בתהליכים של מוליכים למחצה, בחירת מישורי הגביש משפיעה רבות על ביצועי המכשיר. לדוגמה, במוליכים למחצה מבוססי סיליקון, מישורי הגביש הנפוצים הם מישורי (100) ו-(111) מכיוון שיש להם סידורים אטומיים שונים ושיטות קשר שונות בכיוונים שונים. תכונות כמו ניידות אלקטרונים ואנרגיית פני השטח משתנות במישורי גביש שונים, ומשפיעות על הביצועים ותהליך הגדילה של התקני מוליכים למחצה.
4. יישומים מעשיים בתהליכי מוליכים למחצה
בייצור מוליכים למחצה מבוססי סיליקון, כיוון גבישים ומישורי גביש מיושמים בהיבטים רבים:
גידול גבישים: גבישי מוליכים למחצה גדלים בדרך כלל לאורך כיווני גביש ספציפיים. גבישי סיליקון גדלים לרוב לאורך כיווני [100] או [111] מכיוון שהיציבות והסידור האטומי בכיוונים אלה נוחים לגידול גבישים.
תהליך איכול: באיכול רטוב, למישורי גביש שונים יש קצבי איכול משתנים. לדוגמה, קצבי האיכול במישורי (100) ו-(111) של סיליקון שונים, וכתוצאה מכך נוצרים אפקטים של איכול אניזוטרופי.
מאפייני התקן: ניידות האלקטרונים בהתקני MOSFET מושפעת ממישור הגביש. בדרך כלל, ניידות האלקטרונים גבוהה יותר במישור (100), ולכן MOSFETs מודרניים מבוססי סיליקון משתמשים בעיקר בפרוסות (100).
לסיכום, מישורי גביש וכיווני גביש הם שתי דרכים בסיסיות לתיאור מבנה של גבישים בקריסטלוגרפיה. כיווניות גביש מייצגת את התכונות הכיווניות בתוך גביש, בעוד מישורי גביש מתארים מישורים ספציפיים בתוך הגביש. שני מושגים אלה קשורים זה בזה בייצור מוליכים למחצה. בחירת מישורי הגביש משפיעה ישירות על התכונות הפיזיקליות והכימיות של החומר, בעוד שכיווניות הגביש משפיעה על צמיחת הגביש וטכניקות עיבודו. הבנת הקשר בין מישורי גביש וכיווני גביש היא קריטית לאופטימיזציה של תהליכי מוליכים למחצה ולשיפור ביצועי המכשיר.
זמן פרסום: 8 באוקטובר 2024