Os planos cristalinos e a orientação do cristal são dois conceitos centrais em cristalografia, intimamente relacionados à estrutura cristalina na tecnologia de circuitos integrados baseados em silício.
1.Definição e propriedades da orientação do cristal
A orientação do cristal representa uma direção específica dentro de um cristal, normalmente expressa por índices de orientação do cristal. A orientação do cristal é definida pela conexão de quaisquer dois pontos da rede dentro da estrutura cristalina e possui as seguintes características: cada orientação do cristal contém um número infinito de pontos da rede; uma orientação de cristal único pode consistir em múltiplas orientações de cristal paralelas formando uma família de orientação de cristal; a família de orientação do cristal cobre todos os pontos da rede dentro do cristal.
A importância da orientação do cristal reside na indicação do arranjo direcional dos átomos dentro do cristal. Por exemplo, a orientação do cristal [111] representa uma direção específica onde as relações de projeção dos três eixos coordenados são 1:1:1.
2. Definição e Propriedades dos Planos Cristalinos
Um plano de cristal é um plano de arranjo de átomos dentro de um cristal, representado por índices de plano de cristal (índices de Miller). Por exemplo, (111) indica que os recíprocos das interceptações do plano cristalino nos eixos coordenados estão na proporção de 1:1:1. O plano cristalino tem as seguintes propriedades: cada plano cristalino contém um número infinito de pontos da rede; cada plano cristalino possui um número infinito de planos paralelos formando uma família de planos cristalinos; a família do plano cristalino cobre todo o cristal.
A determinação dos índices de Miller envolve tomar as interceptações do plano do cristal em cada eixo coordenado, encontrar seus recíprocos e convertê-los na menor razão inteira. Por exemplo, o plano de cristal (111) tem interceptações nos eixos x, y e z na proporção de 1:1:1.
3. A relação entre os planos cristalinos e a orientação cristalina
Os planos cristalinos e a orientação do cristal são duas maneiras diferentes de descrever a estrutura geométrica de um cristal. A orientação do cristal refere-se ao arranjo dos átomos ao longo de uma direção específica, enquanto um plano do cristal refere-se ao arranjo dos átomos em um plano específico. Esses dois têm uma certa correspondência, mas representam conceitos físicos diferentes.
Relação chave: O vetor normal de um plano de cristal (ou seja, o vetor perpendicular a esse plano) corresponde a uma orientação de cristal. Por exemplo, o vetor normal do plano do cristal (111) corresponde à orientação do cristal [111], o que significa que o arranjo atômico ao longo da direção [111] é perpendicular a esse plano.
Nos processos de semicondutores, a seleção dos planos cristalinos afeta muito o desempenho do dispositivo. Por exemplo, em semicondutores à base de silício, os planos cristalinos comumente usados são os planos (100) e (111) porque possuem diferentes arranjos atômicos e métodos de ligação em diferentes direções. Propriedades como mobilidade eletrônica e energia superficial variam em diferentes planos cristalinos, influenciando o desempenho e o processo de crescimento de dispositivos semicondutores.
4. Aplicações Práticas em Processos de Semicondutores
Na fabricação de semicondutores à base de silício, a orientação e os planos cristalinos são aplicados em muitos aspectos:
Crescimento de cristais: Os cristais semicondutores normalmente crescem ao longo de orientações cristalinas específicas. Os cristais de silício crescem mais comumente ao longo das orientações [100] ou [111] porque a estabilidade e o arranjo atômico nessas orientações são favoráveis para o crescimento do cristal.
Processo de gravação: Na gravação úmida, diferentes planos de cristal têm taxas de gravação variadas. Por exemplo, as taxas de gravação nos planos (100) e (111) do silício diferem, resultando em efeitos de gravação anisotrópica.
Características do dispositivo: A mobilidade dos elétrons nos dispositivos MOSFET é afetada pelo plano do cristal. Normalmente, a mobilidade é maior no plano (100), razão pela qual os MOSFETs modernos baseados em silício usam predominantemente wafers (100).
Em resumo, os planos cristalinos e as orientações dos cristais são duas formas fundamentais de descrever a estrutura dos cristais na cristalografia. A orientação do cristal representa as propriedades direcionais dentro de um cristal, enquanto os planos cristalinos descrevem planos específicos dentro do cristal. Esses dois conceitos estão intimamente relacionados na fabricação de semicondutores. A seleção dos planos cristalinos impacta diretamente as propriedades físicas e químicas do material, enquanto a orientação do cristal influencia o crescimento do cristal e as técnicas de processamento. Compreender a relação entre os planos e as orientações do cristal é crucial para otimizar os processos de semicondutores e melhorar o desempenho do dispositivo.
Horário da postagem: 08/10/2024