Mi a különbség a szilícium ostya között<100>, <110>, <111>?

1. kristályszerkezet és atom elrendezés
1.1 atomrendezés

<100>Kristályirány

• Felszíni atom elrendezés: Az atomok a kocka szélén vannak elrendezve, hogy négyzet alakú rácsot képezzenek.
• Atomsűrűség: a legalacsonyabb (az atomok\/cm²), az atom távolsága nagy, és a felületi energia magas.
• Kötési irány: A felszíni atomkötések merőlegesek a kristály síkra és nagy kémiai aktivitással rendelkeznek.

100                                              010                                              001

<110>Kristályfelület

• Atomikus elrendezés: A kocka arca átlós iránya mentén elrendezve egy téglalap alakú rács kialakításához.
• Atomsűrűség: közepes (az atomok\/cm²).
• Kötési irány: A felszíni atomkötések 45 fokos, nagy mechanikai szilárdsággal dőlünk.

1.2 Felületi energia és kémiai stabilitás
<111>><110>><100>(A kémiai stabilitás rangsorolása)

• <111>A felület a legjobb korrózióállósággal rendelkezik magas atomsűrűség és erős kötés miatt;
• <100>A felszíni atomok laza és könnyen maratható vegyszerek (például KOH).

2. anizotrop viselkedés
2.1 Nedves vegyi maratás (példa a koh -ra)

• Fő mechanizmus: A KOH maratási sebessége a szilikonon közvetlenül kapcsolódik az atomkötések expozíciójának mértékéhez a kristály irányban.
• <100>: Az atomkötéseket az OH⁻ könnyen megtámadhatja, és a maratási sebesség gyors;
• <111>: Az atomkötések szorosan árnyékolódnak és szinte nem reagálnak.

2.2 Száraz maratás (például plazma maratás)

• A kristályorientációnak kevés hatása van, de a<111>A nagy sűrűségű felület mikro-maszkoló hatást okozhat és helyi érdességet képezhet.

3. A folyamat jellemzőinek összehasonlítása
3.1 oxidréteg minősége

• <100>Előnyök: Az alacsony hiányos oxidréteg a CMOS eszközök alapvető követelménye.

3.2 A hordozó mobilitása (300K)

• Ok: A<100>A kristály sík megegyezik a szilícium rács szimmetriájával, csökkentve a hordozó szórását.

4. Mechanikai és hőtulajdonságok
4.1 Mechanikai erő<111>><110>><100>

• A törés szilárdsága: {{0}}. 8 MPa · m¹\/², 0.
• Alkalmazási példa: A MEMS nyomásérzékelők többnyire használnak<110>ostyák, mert a fáradtság ellenállásuk jobb, mint<100>.

4.2 Termikus tágulási együttható
A szilícium anizotrópiája a termikus tágulási együtthatók különbségeihez vezet, különböző kristály irányban:

• <100>: 2.6×10⁻⁶ /K
• <110>: 1.6×10⁻⁶ /K
• <111>: 0.5×10⁻⁶ /K

Hatás:<111>Az ostyák hajlamosak a magas hőmérsékletű folyamatok stresszére, és a hőköltségvetést gondosan meg kell tervezni.

5. Alkalmazási forgatókönyvek
5.1 <100>kristályorientáció

• Integrált áramkörök (ICS): A világ logikai chipjeinek több mint 95% -a (például CPU -k és DRAM) használja<100>ostyák.
• Előnyök: alacsony interfész állapot sűrűség, nagy hordozó mobilitás és oxidréteg egységessége.
• Napelemek: Anizotróp maratás által képződött piramisszerkezet, a reflexióval<5%.
• Példa: A TSMC 3NM folyamatán alapul<100>Szilícium, kapu hossza 12 nm.

5.2 <110>Kristályorientáció
MEMS eszközök:

• Accelerometers: Use vertical deep grooves to make movable masses (aspect ratio >20:1).
• Nyomásérzékelők: A piezorsistance együttható a legnagyobb a<110>irány (pl. A szilícium π₁₁ együtthatója 6,6 × 10^-11 pa⁻¹).
• Nagyfrekvenciás eszközök:<110>A szilícium -szubsztrátok csökkenthetik a rácsos eltérési feszültséget a GAAS epitaxiális növekedésében.

5.3 <111>Kristályorientáció
Optoelektronikus eszközök:

• GaN Epitaxial: Magas rácsos mérkőzés<111>Szilícium (17% eltérés, összehasonlítva<100> 23%).
• Kvantumpontos tömbök: A nagy sűrűségű atomsíkok rendezett nukleációs helyeket biztosítanak.
• Nanostruktúra -sablonok: AFM szonda tippekhez vagy nanowire növekedéséhez használják.

6. Költség- és ipari lánc

Költségvezetők:

• <100>Az ostyáknak a legkisebb költségei vannak a méretgazdaságosság miatt;
• <111>Az ostyák speciális vágási és polírozási folyamatokat igényelnek.

Összegzés: A kristályorientáció kiválasztásának legfontosabb alapja