Kristal müstəviləri və kristal istiqaməti kristalloqrafiyada iki əsas anlayışdır və silikon əsaslı inteqral dövrə texnologiyasındakı kristal quruluşu ilə sıx bağlıdır.
1. Kristal Orientasiyasının Tərifi və Xüsusiyyətləri
Kristal istiqaməti, adətən kristal istiqamət indeksləri ilə ifadə olunan kristal daxilində müəyyən bir istiqaməti təmsil edir. Kristal istiqaməti, kristal strukturu daxilində istənilən iki qəfəs nöqtəsini birləşdirməklə müəyyən edilir və aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir: hər bir kristal istiqaməti sonsuz sayda qəfəs nöqtəsini ehtiva edir; tək kristal istiqaməti kristal istiqaməti ailəsini təşkil edən birdən çox paralel kristal istiqamətindən ibarət ola bilər; kristal istiqaməti ailəsi kristal daxilindəki bütün qəfəs nöqtələrini əhatə edir.
Kristal istiqamətinin əhəmiyyəti kristal daxilində atomların istiqamət düzülüşünü göstərməkdədir. Məsələn, [111] kristal istiqaməti üç koordinat oxunun proyeksiya nisbətlərinin 1:1:1 olduğu müəyyən bir istiqaməti təmsil edir.
2. Kristal müstəvilərin tərifi və xüsusiyyətləri
Kristal müstəvisi, kristal müstəvisi indeksləri (Miller indeksləri) ilə təmsil olunan kristal daxilində atom düzülüşünün müstəvisidir. Məsələn, (111), kristal müstəvisinin koordinat oxlarındakı kəsişmə nöqtələrinin qarşılıqlı tərslərinin 1:1:1 nisbətində olduğunu göstərir. Kristal müstəvisi aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir: hər bir kristal müstəvisi sonsuz sayda qəfəs nöqtəsinə malikdir; hər bir kristal müstəvisi kristal müstəvisi ailəsini təşkil edən sonsuz sayda paralel müstəviyə malikdir; kristal müstəvisi ailəsi bütün kristalı əhatə edir.
Miller indekslərinin təyini hər bir koordinat oxunda kristal müstəvisinin kəsişmə nöqtələrinin götürülməsini, onların qarşılıqlı tənliklərini tapmağı və onları ən kiçik tam ədəd nisbətinə çevirməyi əhatə edir. Məsələn, (111) kristal müstəvisinin x, y və z oxlarında kəsişmə nöqtələri 1:1:1 nisbətindədir.
3. Kristal Müstəviləri və Kristal Orientasiyası Arasındakı Əlaqə
Kristal müstəviləri və kristal istiqaməti kristalın həndəsi quruluşunu təsvir etməyin iki fərqli yoludur. Kristal istiqaməti atomların müəyyən bir istiqamətdə düzülüşünü, kristal müstəvisi isə atomların müəyyən bir müstəvidə düzülüşünü ifadə edir. Bu ikisi müəyyən bir uyğunluğa malikdir, lakin fərqli fiziki anlayışları təmsil edirlər.
Əsas əlaqə: Kristal müstəvisinin normal vektoru (yəni, həmin müstəviyə perpendikulyar vektor) kristal istiqamətinə uyğundur. Məsələn, (111) kristal müstəvisinin normal vektoru [111] kristal istiqamətinə uyğundur, yəni [111] istiqaməti boyunca atom düzülüşü həmin müstəviyə perpendikulyardır.
Yarımkeçirici proseslərdə kristal müstəvilərinin seçimi cihazın işinə böyük təsir göstərir. Məsələn, silikon əsaslı yarımkeçiricilərdə, müxtəlif istiqamətlərdə fərqli atom düzülüşlərinə və rabitə üsullarına malik olduqları üçün, adətən istifadə edilən kristal müstəviləri (100) və (111) müstəviləridir. Elektron hərəkətliliyi və səth enerjisi kimi xüsusiyyətlər müxtəlif kristal müstəvilərində dəyişir və yarımkeçirici cihazların işinə və böyümə prosesinə təsir göstərir.
4. Yarımkeçirici Proseslərdə Praktik Tətbiqlər
Silikon əsaslı yarımkeçirici istehsalında kristal istiqaməti və kristal müstəviləri bir çox aspektdə tətbiq olunur:
Kristalların böyüməsi: Yarımkeçirici kristallar adətən müəyyən kristal istiqamətləri boyunca yetişdirilir. Silisium kristalları ən çox [100] və ya [111] istiqamətləri boyunca böyüyür, çünki bu istiqamətlərdəki sabitlik və atom düzülüşü kristalların böyüməsi üçün əlverişlidir.
Aşındırma Prosesi: Yaş aşındırmada müxtəlif kristal müstəvilərinin aşındırma sürətləri fərqli olur. Məsələn, silikonun (100) və (111) müstəvilərində aşındırma sürətləri fərqlidir və bu da anizotrop aşındırma effektlərinə səbəb olur.
Cihaz Xüsusiyyətləri: MOSFET cihazlarında elektron hərəkətliliyinə kristal müstəvisi təsir göstərir. Adətən, hərəkətlilik (100) müstəvisində daha yüksəkdir, buna görə də müasir silikon əsaslı MOSFET-lər əsasən (100) lövhələrdən istifadə edirlər.
Xülasə, kristal müstəviləri və kristal istiqamətləri kristalloqrafiyada kristalların quruluşunu təsvir etməyin iki əsas yoludur. Kristal istiqaməti kristal daxilindəki istiqamət xüsusiyyətlərini, kristal müstəviləri isə kristal daxilindəki spesifik müstəviləri təsvir edir. Bu iki anlayış yarımkeçirici istehsalında sıx bağlıdır. Kristal müstəvilərinin seçimi materialın fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərinə birbaşa təsir göstərir, kristal istiqaməti isə kristalların böyüməsinə və emal texnikalarına təsir göstərir. Kristal müstəviləri və istiqamətləri arasındakı əlaqəni anlamaq yarımkeçirici proseslərin optimallaşdırılması və cihazın işinin yaxşılaşdırılması üçün vacibdir.
Yazı vaxtı: 08 Oktyabr 2024