Satah kristal dan orientasi kristal adalah dua konsep teras dalam kristalografi, berkait rapat dengan struktur kristal dalam teknologi litar bersepadu berasaskan silikon.
1. Definisi dan Sifat-sifat Orientasi Kristal
Orientasi kristal mewakili arah tertentu dalam kristal, biasanya dinyatakan oleh indeks orientasi kristal. Orientasi kristal ditakrifkan dengan menyambungkan mana-mana dua titik kekisi dalam struktur kristal, dan ia mempunyai ciri-ciri berikut: setiap orientasi kristal mengandungi bilangan titik kekisi yang tidak terhingga; orientasi kristal tunggal boleh terdiri daripada beberapa orientasi kristal selari membentuk keluarga orientasi kristal; keluarga orientasi kristal meliputi semua titik kekisi dalam kristal.
Kepentingan orientasi kristal terletak pada menunjukkan susunan arah atom dalam kristal. Sebagai contoh, orientasi kristal [111] mewakili arah tertentu di mana nisbah unjuran bagi tiga paksi koordinat ialah 1:1:1.
2. Definisi dan Sifat Satah Kristal
Satah kristal ialah satah susunan atom dalam kristal, diwakili oleh indeks satah kristal (indeks Miller). Sebagai contoh, (111) menunjukkan bahawa salingan bagi pintasan satah kristal pada paksi koordinat adalah dalam nisbah 1:1:1. Satah kristal mempunyai sifat-sifat berikut: setiap satah kristal mengandungi bilangan titik kekisi yang tidak terhingga; setiap satah kristal mempunyai bilangan satah selari yang tidak terhingga membentuk keluarga satah kristal; keluarga satah kristal meliputi seluruh kristal.
Penentuan indeks Miller melibatkan mengambil pintasan satah kristal pada setiap paksi koordinat, mencari salingannya, dan menukarnya kepada nisbah integer terkecil. Contohnya, satah hablur (111) mempunyai pintasan pada paksi x, y dan z dalam nisbah 1:1:1.
3. Hubungan Antara Satah Kristal dan Orientasi Kristal
Satah kristal dan orientasi kristal adalah dua cara berbeza untuk menerangkan struktur geometri hablur. Orientasi kristal merujuk kepada susunan atom sepanjang arah tertentu, manakala satah kristal merujuk kepada susunan atom pada satah tertentu. Kedua-dua ini mempunyai surat-menyurat tertentu, tetapi ia mewakili konsep fizikal yang berbeza.
Hubungan utama: Vektor normal satah kristal (iaitu, vektor berserenjang dengan satah itu) sepadan dengan orientasi kristal. Sebagai contoh, vektor normal satah kristal (111) sepadan dengan orientasi kristal [111], bermakna susunan atom sepanjang arah [111] adalah berserenjang dengan satah itu.
Dalam proses semikonduktor, pemilihan satah kristal sangat mempengaruhi prestasi peranti. Sebagai contoh, dalam semikonduktor berasaskan silikon, satah kristal yang biasa digunakan ialah satah (100) dan (111) kerana ia mempunyai susunan atom dan kaedah ikatan yang berbeza dalam arah yang berbeza. Sifat seperti mobiliti elektron dan tenaga permukaan berbeza-beza pada satah kristal yang berbeza, mempengaruhi prestasi dan proses pertumbuhan peranti semikonduktor.
4. Aplikasi Praktikal dalam Proses Semikonduktor
Dalam pembuatan semikonduktor berasaskan silikon, orientasi kristal dan satah kristal digunakan dalam banyak aspek:
Pertumbuhan Kristal: Kristal semikonduktor biasanya ditanam mengikut orientasi kristal tertentu. Kristal silikon paling biasa tumbuh di sepanjang orientasi [100] atau [111] kerana kestabilan dan susunan atom dalam orientasi ini sesuai untuk pertumbuhan kristal.
Proses Goresan: Dalam goresan basah, satah kristal yang berbeza mempunyai kadar goresan yang berbeza-beza. Sebagai contoh, kadar goresan pada (100) dan (111) satah silikon berbeza, mengakibatkan kesan goresan anisotropik.
Ciri-ciri Peranti: Mobiliti elektron dalam peranti MOSFET dipengaruhi oleh satah kristal. Biasanya, mobiliti lebih tinggi pada satah (100), itulah sebabnya MOSFET berasaskan silikon moden kebanyakannya menggunakan (100) wafer.
Ringkasnya, satah kristal dan orientasi kristal adalah dua cara asas untuk menerangkan struktur kristal dalam kristalografi. Orientasi kristal mewakili sifat arah dalam kristal, manakala satah kristal menggambarkan satah tertentu dalam kristal. Kedua-dua konsep ini berkait rapat dalam pembuatan semikonduktor. Pemilihan satah kristal secara langsung memberi kesan kepada sifat fizikal dan kimia bahan, manakala orientasi kristal mempengaruhi pertumbuhan kristal dan teknik pemprosesan. Memahami hubungan antara satah kristal dan orientasi adalah penting untuk mengoptimumkan proses semikonduktor dan meningkatkan prestasi peranti.
Masa siaran: Okt-08-2024