Բյուրեղային հարթությունները և բյուրեղների կողմնորոշումը բյուրեղագիտության երկու հիմնական հասկացություններ են, որոնք սերտորեն կապված են սիլիցիումի վրա հիմնված ինտեգրալային սխեմաների տեխնոլոգիայի բյուրեղային կառուցվածքի հետ։
1. Բյուրեղների կողմնորոշման սահմանումը և հատկությունները
Բյուրեղի կողմնորոշումը ներկայացնում է բյուրեղի ներսում որոշակի ուղղություն, որը սովորաբար արտահայտվում է բյուրեղի կողմնորոշման ինդեքսներով: Բյուրեղի կողմնորոշումը սահմանվում է բյուրեղային կառուցվածքում ցանկացած երկու ցանցային կետեր միացնելով և ունի հետևյալ բնութագրերը. յուրաքանչյուր բյուրեղային կողմնորոշում պարունակում է անվերջ թվով ցանցային կետեր. մեկ բյուրեղային կողմնորոշումը կարող է բաղկացած լինել բազմաթիվ զուգահեռ բյուրեղային կողմնորոշումներից, որոնք կազմում են բյուրեղային կողմնորոշման ընտանիք. բյուրեղային կողմնորոշման ընտանիքը ընդգրկում է բյուրեղի ներսում գտնվող բոլոր ցանցային կետերը:
Բյուրեղի կողմնորոշման նշանակությունը կայանում է բյուրեղի ներսում ատոմների ուղղորդված դասավորությունը ցույց տալու մեջ։ Օրինակ, [111] բյուրեղի կողմնորոշումը ներկայացնում է որոշակի ուղղություն, որտեղ երեք կոորդինատային առանցքների պրոյեկցիայի հարաբերակցությունները 1:1:1 են։
2. Բյուրեղային հարթությունների սահմանումը և հատկությունները
Բյուրեղային հարթությունը բյուրեղի ներսում ատոմների դասավորության հարթություն է, որը ներկայացված է բյուրեղային հարթության ինդեքսներով (Միլլերի ինդեքսներ): Օրինակ՝ (111)-ը ցույց է տալիս, որ բյուրեղային հարթության հատումների հակադարձ արժեքները կոորդինատային առանցքների վրա 1:1:1 հարաբերակցության մեջ են: Բյուրեղային հարթությունն ունի հետևյալ հատկությունները՝ յուրաքանչյուր բյուրեղային հարթություն պարունակում է անվերջ թվով ցանցային կետեր, յուրաքանչյուր բյուրեղային հարթություն ունի անվերջ թվով զուգահեռ հարթություններ, որոնք կազմում են բյուրեղային հարթությունների ընտանիք, բյուրեղային հարթության ընտանիքը ծածկում է ամբողջ բյուրեղը:
Միլլերի ինդեքսների որոշումը ներառում է բյուրեղային հարթության հատումները յուրաքանչյուր կոորդինատային առանցքի վրա վերցնելը, դրանց հակադարձ թվերը գտնելը և դրանք ամենափոքր ամբողջ թվերի հարաբերակցության վերածելը: Օրինակ, (111) բյուրեղային հարթությունն ունի հատումներ x, y և z առանցքների վրա՝ 1:1:1 հարաբերակցությամբ:
3. Բյուրեղային հարթությունների և բյուրեղային կողմնորոշման միջև կապը
Բյուրեղային հարթությունները և բյուրեղային կողմնորոշումը բյուրեղի երկրաչափական կառուցվածքը նկարագրելու երկու տարբեր եղանակներ են։ Բյուրեղային կողմնորոշումը վերաբերում է ատոմների դասավորությանը որոշակի ուղղությամբ, մինչդեռ բյուրեղային հարթությունը վերաբերում է ատոմների դասավորությանը որոշակի հարթության վրա։ Այս երկուսն ունեն որոշակի համապատասխանություն, բայց ներկայացնում են տարբեր ֆիզիկական հասկացություններ։
Հիմնական կապը. Բյուրեղային հարթության նորմալ վեկտորը (այսինքն՝ այդ հարթությանը ուղղահայաց վեկտորը) համապատասխանում է բյուրեղի կողմնորոշմանը: Օրինակ՝ (111) բյուրեղային հարթության նորմալ վեկտորը համապատասխանում է [111] բյուրեղային կողմնորոշմանը, ինչը նշանակում է, որ [111] ուղղությամբ ատոմների դասավորությունը ուղղահայաց է այդ հարթությանը:
Կիսահաղորդչային պրոցեսներում բյուրեղային հարթությունների ընտրությունը մեծապես ազդում է սարքի աշխատանքի վրա: Օրինակ՝ սիլիցիումային կիսահաղորդիչներում սովորաբար օգտագործվող բյուրեղային հարթություններն են (100) և (111) հարթությունները, քանի որ դրանք ունեն տարբեր ատոմային դասավորություններ և կապման մեթոդներ տարբեր ուղղություններով: Էլեկտրոնների շարժունակության և մակերևութային էներգիայի նման հատկությունները տարբեր են տարբեր բյուրեղային հարթություններում՝ ազդելով կիսահաղորդչային սարքերի աշխատանքի և աճի գործընթացի վրա:
4. Գործնական կիրառություններ կիսահաղորդչային պրոցեսներում
Սիլիցիումի վրա հիմնված կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ բյուրեղային կողմնորոշումը և բյուրեղային հարթությունները կիրառվում են բազմաթիվ ասպեկտներում՝
Բյուրեղների աճեցում. Կիսահաղորդչային բյուրեղները սովորաբար աճեցվում են որոշակի բյուրեղային կողմնորոշումներով: Սիլիցիումի բյուրեղները ամենից հաճախ աճում են [100] կամ [111] կողմնորոշումներով, քանի որ այդ կողմնորոշումներում կայունությունը և ատոմների դասավորությունը նպաստավոր են բյուրեղների աճի համար:
Փորագրման գործընթաց. Թաց փորագրման դեպքում տարբեր բյուրեղային հարթություններն ունեն տարբեր փորագրման արագություններ: Օրինակ, սիլիցիումի (100) և (111) հարթությունների վրա փորագրման արագությունները տարբերվում են, ինչը հանգեցնում է անիզոտրոպ փորագրման էֆեկտների:
Սարքի բնութագրերը. MOSFET սարքերում էլեկտրոնային շարժունակությունը կախված է բյուրեղային հարթությունից: Սովորաբար շարժունակությունն ավելի բարձր է (100) հարթության վրա, այդ իսկ պատճառով ժամանակակից սիլիցիումային MOSFET-ները հիմնականում օգտագործում են (100) թիթեղներ:
Ամփոփելով՝ բյուրեղային հարթությունները և բյուրեղային կողմնորոշումները բյուրեղագրության մեջ բյուրեղների կառուցվածքը նկարագրելու երկու հիմնարար եղանակներ են։ Բյուրեղային կողմնորոշումը ներկայացնում է բյուրեղի ներսում ուղղված հատկությունները, մինչդեռ բյուրեղային հարթությունները նկարագրում են բյուրեղի ներսում գտնվող որոշակի հարթություններ։ Այս երկու հասկացությունները սերտորեն կապված են կիսահաղորդչային արտադրության մեջ։ Բյուրեղային հարթությունների ընտրությունը անմիջականորեն ազդում է նյութի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների վրա, մինչդեռ բյուրեղային կողմնորոշումը ազդում է բյուրեղների աճի և մշակման տեխնիկայի վրա։ Բյուրեղային հարթությունների և կողմնորոշումների միջև փոխհարաբերությունների հասկացումը կարևոր է կիսահաղորդչային գործընթացների օպտիմալացման և սարքի աշխատանքի բարելավման համար։
Հրապարակման ժամանակը. Հոկտեմբեր-08-2024