اتجاهات بلورات السيليكون التي نسمعها غالبًا هي <100> و<110> و<111> (كما هو موضح في الشكل 1)، مما يشير على التوالي إلى عائلة بلورية. ينتمي هيكل السيليكون البلوري الأحادي إلى بلورات مكعبة، وتمثل عائلة التوجه البلوري <100> ستة اتجاهات بلورية: [100]، [010]، [001]، [100]، [0-10]، و[00-1] ]. لذلك، نادرًا ما نسمع اتجاهات بلورية مثل <001> و<011> و<101>، في حين أن التوجهات البلورية <100> و<110> و<111> هي الأكثر شيوعًا. فلماذا من النادر سماع عائلات ذات توجيه بلورية مثل <200> و <311> بمؤشرات أكبر من 1؟ ويرتبط السبب في الواقع بالكثافة الذرية وطاقة الرابطة للمستوى البلوري. المسافة بين المستويات البلورية d أكبر مقارنة بالمستويات البلورية الأسية الأخرى الأكبر من 1. الكثافة الذرية للمستوى البلوري أعلى، والمسافة بين الذرات أصغر، وطاقة الرابطة أكبر، واستقرار المستوى البلوري أعلى. لذلك، يتم استخدام اتجاه بلورة السيليكون <100>، <110>، <111> بشكل شائع لركائز السيليكون أو النضوج. تقوم PAM-XIAMEN بتصنيع رقائق السيليكون بتوجيهات <100>، <110>، <111>، لمزيد من المواصفات يرجى الرجوع إلىhttps://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

الشكل 1: اتجاه كريستال السيليكون: <100>، <110>، <111>

1. ما هي خصائص اتجاه بلورات السيليكون مع <100> و<110> و<111>؟

بالنسبة لاتجاه بلورة السيليكون <100>، كثافة السطح الذري=(1+4×1/4)/(a ^ 2)=2/(a ^ 2)، تباعد السطح البلوري d=a/√(h ^ 2+ ك ^ 2+ل ^ 2)=0.543 نانومتر، كثافة الرابطة الذرية n100=4/(أ ^ 2)؛

بالنسبة لاتجاه بلورة الرقاقة <110>، كثافة السطح الذري=(2+4×1/4+2×1/2)/(√2×(a ^ 2))=3.5/(a ^ 2)، السطح البلوري تباعد d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0.384nm، كثافة الرابطة الذرية n110=3√2/(2×a ^ 2)=2.1/(a ^ 2);

بالنسبة لرقاقة السيليكون ذات الاتجاه البلوري <111>، كثافة السطح الذري=(3×1/6+3×1/2)/(√3/2×(a ^ 2))=2.31/(a ^ 2)، تباعد المستوى البلوري d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0.314nm، كثافة الرابطة الذرية n111=2√3/(a ^ 2)=3.5/(a ^ 2);

تتناقص الكثافة الذرية على المستوى البلوري في حدود 111>110>100، وبالتالي يزداد معدل الانتشار ومعدل التآكل في اتجاه 111<110<100. معدل التآكل على المستوى 111 يبلغ حوالي 1.48 ميكرومتر/دقيقة، وعلى المستوى 110 يبلغ حوالي 3.0 ميكرومتر/دقيقة، وعلى المستوى 100 يبلغ حوالي 3.4 ميكرومتر/دقيقة.

معدل الأكسدة هو 111>110>100، ويرجع ذلك إلى الكثافة السطحية العالية البالغة 111 ذرة، والمزيد من الروابط غير المشبعة، والارتباط الأسرع مع الأكسجين.

كثافة الرابطة الذرية على السطح <110> هي الأدنى، لذا فإن رقائق السيليكون ذات الاتجاه <100> تكون أكثر عرضة للتفتت، بينما تكون الرقائق ذات الاتجاه <100> أكثر عرضة للتفتت إلى 4 أجزاء متساوية على طول الاتجاه مع أقل كثافة للرابطة الذرية، والرقائق ذات الاتجاه <111> أكثر عرضة للتجزئة إلى 6 أجزاء متساوية.

مستوى انقسام السيليكون هو <111>، نظرًا لأن <111> لديه أعلى كثافة سطحية ذرية، فغالبًا ما يكون لبلورات السيليكون التي تنمو بشكل طبيعي الاتجاه البلوري الأبعد <111>.

2. تطبيقات <100>، <110> و<111> رقائق السيليكون ذات التوجه البلوري

2.1 <100> & <110> رقائق السيليكون الموجهة كريستاليًا لـ MOSFET

<100> غالبًا ما تُستخدم ركائز السيليكون ذات التوجه البلوري لتصنيع أجهزة الطاقة، مثل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs). والأسباب موضحة على النحو التالي:

أجهزة الطاقة بشكل عام هي أجهزة قنوات سطحية، وكثافة حالات الخلل السطحي لها تأثير كبير على جهد العتبة والموثوقية. كثافة السطح الذري السطحي (100) مستوى بلوري هي الأصغر، وتقابل أقل كثافة سطحية ذرية للحالات. يوجد عدد أقل من الروابط السطحية غير المشبعة، ويتم إنشاء عدد أقل من العيوب عندما يتأكسد سطح الجهاز؛

نظرًا للكثافة المنخفضة للمستوى البلوري (100)، فإن معدلات الأكسدة والحفر الحرارية الخاصة به تكون سريعة نسبيًا، وقد أجرى خبراء العملية المزيد من الأبحاث حول عملية توجيه البلورة <100>.

الرقاقات التي تحتوي على <100> أو <110> تستخدم على نطاق واسع في الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة. في عملية تحقيق التآكل، يعتمد النقش الرطب بشكل أساسي على الفرق في معدلات التآكل بين المستويات البلورية المختلفة. من خلال اعتماد معالجة الرقاقة المستوية 100، باستخدام قناع على طول الاتجاه البلوري <110>، والحفر في محلول قلوي، يمكنها تحقيق سطح أملس {111} بزاوية 54.7 درجة مع الرقاقة المستوية 100. يستخدم عادة في إنتاج الهياكل مثل أجهزة استشعار الضغط. عند التنميش الرطب لرقائق السيليكون ذات 110 جوانب، فإنها تظهر خصائص مختلفة عن رقائق السيليكون ذات 100 جانب. يؤدي النقش على 110 رقائق سيليكون مستوية إلى إنتاج {111} وجوه متعامدة مع الركيزة، والتي يمكن أن توفر مساحة كبيرة وسطحًا بصريًا عالي الجودة، ولها نطاق واسع من التطبيقات في المجال البصري.

2.2 <111> توجيه بلورات السيليكون للأجهزة ثنائية القطب

<111> يتم استخدام اتجاه بلورات السيليكون بشكل أكثر شيوعًا في الأجهزة ثنائية القطب بسبب:

البنية البلورية: في الاتجاه البلوري <111>، يكون للبنية البلورية لرقائق السيليكون تماثل خاص. يسمح هذا التناظر بتحكم أفضل في حركة الإلكترون والثقب في تصنيع الأجهزة ثنائية القطب، مما يؤدي إلى تحسين التحكم والأداء الحالي، ويسمح بإنتاج المنشطات الضحلة للغاية؛

خصائص السطح: كثافة السطح الذري <111> ذات التوجه البلوري هي الأعلى، ومعدل الذوبان هو الأبطأ. عند عمل وصلات PN، من السهل نسبيًا التحكم والحصول على سطح توصيل مسطح ومستقر، وهو أمر مهم جدًا لتصنيع الأجهزة ثنائية القطب. يساعد السطح المسطح على تصنيع أقطاب كهربائية وهياكل دقيقة، وتقليل تسرب التيار وتأثيرات نفق الإلكترون، وتحسين أداء الجهاز وموثوقيته. وبالإضافة إلى ذلك، فإن معدل الأكسدة نحو الاتجاه البلوري <111> لرقاقة السيليكون أعلى، مما يمكن أن يقلل من وقت الأكسدة؛

تكامل الأجهزة المستوية: نظرًا لخصائص السطح الجيدة والتماثل لرقائق السيليكون الموجهة <111>، يمكن تحقيق تكامل الأجهزة المستوية بسهولة. تشير الأجهزة المستوية إلى الأجهزة التي تعمل فيها الإلكترونات والثقوب على نفس الشريحة. يمكن لهذا التصميم أن يقلل المقاومة والسعة بين الأجهزة، ويحسن سرعة الجهاز وكفاءة الطاقة.

لمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكترونيvictorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.