מישורי קריסטל וכיוון גביש הם שני מושגי ליבה בקריסטלוגרפיה, הקשורים קשר הדוק למבנה הגבישי בטכנולוגיית מעגלים משולבים מבוססי סיליקון.
1. הגדרה ומאפיינים של כיוון קריסטל
כיוון גביש מייצג כיוון מסוים בתוך גביש, המתבטא בדרך כלל על ידי מדדי כיוון גביש. כיוון גביש מוגדר על ידי חיבור כל שתי נקודות סריג בתוך מבנה הגביש, ויש לה את המאפיינים הבאים: כל כיוון גביש מכיל מספר אינסופי של נקודות סריג; אוריינטציה של גביש בודד יכולה להיות מורכבת ממספר רב של כיווני גביש מקבילים היוצרים משפחת כיווני גביש; משפחת כיוון הגביש מכסה את כל נקודות הסריג בתוך הגביש.
המשמעות של אוריינטציה הגבישית טמונה בהצבעה על סידור הכיוון של האטומים בתוך הגביש. לדוגמה, כיוון הגביש [111] מייצג כיוון ספציפי שבו יחסי ההקרנה של שלושת צירי הקואורדינטות הם 1:1:1.
2. הגדרה ומאפיינים של מישורי קריסטל
מישור גביש הוא מישור של סידור אטומים בתוך גביש, המיוצג על ידי מדדי מישור גביש (מדדי מילר). לדוגמה, (111) מציין שההדדיות של המישורים של מישור הגביש על צירי הקואורדינטות הם ביחס של 1:1:1. למישור הקריסטל יש את התכונות הבאות: כל מישור גביש מכיל אינסוף נקודות סריג; לכל מישור גביש יש מספר אינסופי של מישורים מקבילים היוצרים משפחת מישורי גביש; משפחת מטוסי הקריסטל מכסה את כל הגביש.
קביעת מדדי מילר כוללת לקיחת המישורים של מישור הגביש על כל ציר קואורדינטות, מציאת ההדדיות שלהם והמרתם ליחס השלם הקטן ביותר. לדוגמה, למישור הגביש (111) יש יירוטים בצירי x, y ו-z ביחס של 1:1:1.
3. הקשר בין מישורי קריסטל להתמצאות קריסטל
מישורי קריסטל וכיוון גביש הם שתי דרכים שונות לתיאור המבנה הגיאומטרי של גביש. אוריינטציה קריסטלית מתייחסת לסידור האטומים לאורך כיוון מסוים, בעוד שמישור גביש מתייחס לסידור האטומים במישור מסוים. לשני אלה יש התאמה מסוימת, אבל הם מייצגים מושגים פיזיקליים שונים.
קשר מפתח: הווקטור הנורמלי של מישור גביש (כלומר, הווקטור המאונך למישור זה) מתאים לכיוון גביש. לדוגמה, הווקטור הנורמלי של מישור הגביש (111) מתאים לכיוון הגביש [111], כלומר הסידור האטומי לאורך הכיוון [111] מאונך למישור זה.
בתהליכי מוליכים למחצה, בחירת מישורי הקריסטל משפיעה מאוד על ביצועי המכשיר. לדוגמה, במוליכים למחצה מבוססי סיליקון, מישורי גביש נפוצים הם המטוסים (100) ו-(111) מכיוון שיש להם סידורים אטומיים שונים ושיטות קישור בכיוונים שונים. מאפיינים כגון ניידות אלקטרונים ואנרגיית פני השטח משתנים במישורי גביש שונים, ומשפיעים על הביצועים ותהליך הצמיחה של התקני מוליכים למחצה.
4. יישומים מעשיים בתהליכי מוליכים למחצה
בייצור מוליכים למחצה מבוססי סיליקון, כיוון גביש ומישורי גביש מיושמים בהיבטים רבים:
צמיחת קריסטל: גבישי מוליכים למחצה גדלים בדרך כלל לאורך כיווני גביש ספציפיים. גבישי סיליקון גדלים בדרך כלל לאורך הכיוון [100] או [111] מכיוון שהיציבות והסידור האטומי בכיוונויות אלו נוחים לצמיחת גבישים.
תהליך תחריט: בתחריט רטוב, למישורי גביש שונים יש קצבי תחריט משתנים. לדוגמה, קצבי התחריט במישור (100) ו-(111) של סיליקון שונים, וכתוצאה מכך השפעות תחריט אניזוטרופיות.
מאפייני המכשיר: ניידות האלקטרונים במכשירי MOSFET מושפעת ממישור הגביש. בדרך כלל, הניידות גבוהה יותר במישור (100), וזו הסיבה ש-MOSFETs מודרניים מבוססי סיליקון משתמשים בעיקר בפרוסות (100).
לסיכום, מישורי גביש וכיווני גביש הם שתי דרכים בסיסיות לתיאור מבנה הגבישים בקריסטלוגרפיה. כיוון גביש מייצג את מאפייני הכיוונים בתוך גביש, בעוד מישורי גביש מתארים מישורים ספציפיים בתוך הגביש. שני מושגים אלה קשורים קשר הדוק בייצור מוליכים למחצה. בחירת מישורי הקריסטל משפיעה ישירות על התכונות הפיזיקליות והכימיות של החומר, בעוד שכיוון הגביש משפיע על צמיחת גבישים ועיבוד טכניקות. הבנת הקשר בין מישורי גביש וכיוונים חיונית למיטוב תהליכי מוליכים למחצה ולשיפור ביצועי המכשיר.
זמן פרסום: אוקטובר-08-2024