Orientasi Kristal Silikon

Orientasi Kristal Silikon

Orientasi kristal silikon yang sering kita dengar ialah <100>, <110> dan <111> (ditunjukkan sebagai Rajah 1), masing-masing menunjukkan keluarga kristalografi. Struktur silikon kristal tunggal tergolong dalam kristal padu, dan keluarga orientasi kristal <100> mewakili enam orientasi kristal: [100], [010], [001], [100], [0-10], dan [00-1 ]. Oleh itu, kita jarang mendengar orientasi kristal seperti <001>, <011> dan <101>, manakala orientasi kristal <100>, <110> dan <111> adalah yang paling biasa. Jadi mengapa jarang mendengar keluarga orientasi kristal seperti <200> dan <311> dengan indeks lebih besar daripada 1? Sebabnya sebenarnya berkaitan dengan ketumpatan atom dan tenaga ikatan satah kristal. Jarak antara satah hablur d adalah lebih besar berbanding dengan satah hablur eksponen lain yang lebih besar daripada 1. Ketumpatan atom satah hablur adalah lebih tinggi, jarak antara atom lebih kecil, tenaga ikatan lebih besar, dan kestabilan satah kristal adalah lebih tinggi. Oleh itu, orientasi kristal silikon <100>, <110>, <111> biasanya digunakan untuk substrat silikon atau epitaksi. PAM-XIAMEN mengeluarkan wafer silikon dengan orientasi <100>, <110>, <111>, spesifikasi lanjut sila rujukhttps://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

Orientasi Kristal Silikon

Rajah 1 Orientasi Kristal Silikon: <100>, <110>, <111>

1. Apakah Ciri-ciri Orientasi Kristal Silikon dengan <100>, <110> dan <111>?

Untuk orientasi kristal silikon <100>, ketumpatan permukaan atom=(1+4×1/4)/(a ^ 2)=2/(a ^ 2), jarak permukaan kristal d=a/√(h ^ 2+ k ^ 2+l ^ 2)=0.543nm, ketumpatan ikatan atom n100=4/(a ^ 2);

Untuk orientasi hablur wafer <110>, ketumpatan permukaan atom=(2+4×1/4+2×1/2)/(√2×(a ^ 2))=3.5/(a ^ 2), permukaan hablur jarak d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0.384nm, ketumpatan ikatan atom n110=3√2/(2×a ^ 2)=2.1/(a ^ 2);

Untuk wafer silikon dengan orientasi kristal <111>, ketumpatan permukaan atom=(3×1/6+3×1/2)/(√3/2×(a ^ 2))=2.31/(a ^ 2), jarak satah kristal d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0.314nm, ketumpatan ikatan atom n111=2√3/(a ^ 2)=3.5/(a ^ 2);

Ketumpatan atom pada satah kristal berkurangan dalam susunan 111>110>100, jadi kadar resapan dan kadar kakisan meningkat ke arah 111<110<100. Kadar kakisan pada satah 111 adalah kira-kira 1.48um/min, pada satah 110 adalah kira-kira 3.0um/min, dan pada satah 100 adalah kira-kira 3.4um/min.

Kadar pengoksidaan ialah 111>110>100, yang disebabkan oleh ketumpatan permukaan yang tinggi bagi 111 atom, lebih banyak ikatan tak tepu, dan lebih cepat mengikat dengan oksigen.

Ketumpatan ikatan atom pada permukaan <110> adalah yang paling rendah, jadi wafer silikon dengan orientasi <100> lebih terdedah kepada pemecahan, manakala wafer dengan orientasi <100> lebih terdedah kepada pemecahan kepada 4 bahagian yang sama sepanjang arah dengan ketumpatan ikatan atom terendah, dan wafer dengan orientasi <111> lebih terdedah kepada pemecahan kepada 6 bahagian yang sama.

Satah belahan silikon ialah <111>, kerana <111> mempunyai ketumpatan permukaan atom tertinggi, kristal silikon yang tumbuh secara semula jadi selalunya mempunyai orientasi hablur <111> paling luar.

2. Aplikasi <100>, <110> dan <111> Wafer Silikon Berorientasikan Kristal

2.1 <100> & <110> Wafer Silikon Berorientasikan Kristal untuk MOSFET

<100> substrat silikon berorientasikan kristal sering digunakan untuk mengeluarkan peranti kuasa, seperti MOSFET. Sebabnya digambarkan sebagai:

Peranti kuasa secara amnya ialah peranti saluran permukaan, dan ketumpatan keadaan kecacatan permukaan mempunyai kesan ketara pada voltan ambang dan kebolehpercayaan. Ketumpatan permukaan atom permukaan (100) satah kristal adalah yang terkecil, sepadan dengan ketumpatan permukaan atom terendah keadaan. Terdapat lebih sedikit ikatan tak tepu permukaan, dan lebih sedikit kecacatan yang dihasilkan apabila permukaan peranti teroksida;

Oleh kerana ketumpatan rendah satah kristal (100), pengoksidaan terma dan kadar etsanya agak cepat, dan pakar proses telah menjalankan lebih banyak penyelidikan mengenai proses orientasi kristal <100>.

Wafer dengan <100> atau <110> ialah satah kristal yang digunakan secara meluas dalam MEMS. Dalam proses mencapai kakisan, goresan basah terutamanya bergantung pada perbezaan kadar kakisan antara satah kristal yang berbeza. Mengguna pakai pemprosesan wafer 100 satah, menggunakan topeng di sepanjang arah kristal <110>, dan goresan dalam larutan alkali, ia boleh mencapai {111} permukaan licin dengan sudut 54.7 darjah dengan wafer satah 100. Ia biasanya digunakan dalam pengeluaran struktur seperti penderia tekanan. Apabila basah wafer silikon 110 sisi, ia menunjukkan ciri yang berbeza daripada wafer silikon 100 sisi. Goresan pada wafer silikon 110 satah menghasilkan {111} muka berserenjang dengan substrat, yang boleh menyediakan kawasan yang luas dan permukaan optik berkualiti tinggi, dan mempunyai pelbagai aplikasi dalam medan optik.

2.2 <111> Orientasi Kristal Silikon untuk Peranti Bipolar

<111> orientasi kristal silikon lebih biasa digunakan dalam peranti bipolar kerana:

Struktur kristal: Dalam orientasi kristal <111>, struktur kristal wafer silikon mempunyai simetri khas. Simetri ini membolehkan kawalan elektron dan pergerakan lubang yang lebih baik dalam pembuatan peranti bipolar, menghasilkan kawalan dan prestasi arus yang lebih baik, dan membolehkan penghasilan doping yang sangat cetek;

Ciri-ciri permukaan: Ketumpatan permukaan atom berorientasikan kristal <111> adalah yang tertinggi, dan kadar pelarutan adalah yang paling perlahan. Apabila membuat persimpangan PN, ia agak mudah untuk dikawal dan mendapatkan permukaan persimpangan yang rata dan stabil, yang sangat penting untuk pembuatan peranti bipolar. Permukaan rata membantu menghasilkan elektrod dan struktur yang tepat, mengurangkan kebocoran semasa dan kesan terowong elektron, dan meningkatkan prestasi dan kebolehpercayaan peranti. Di samping itu, kadar pengoksidaan ke arah <111> orientasi kristal wafer silikon adalah lebih tinggi, yang boleh mengurangkan masa pengoksidaan;

Penyepaduan peranti Coplanar: Oleh kerana ciri permukaan yang baik dan simetri wafer silikon berorientasikan <111>, penyepaduan peranti coplanar boleh dicapai dengan mudah. Peranti coplanar merujuk kepada peranti di mana elektron dan lubang beroperasi pada cip yang sama. Reka bentuk ini boleh mengurangkan rintangan dan kapasiti antara peranti, meningkatkan kelajuan peranti dan kecekapan kuasa.

powerwaywafer

Untuk maklumat lanjut, sila hubungi kami e-mel divictorchan@powerwaywafer.com dan powerwaymaterial@gmail.com.

Kongsi siaran ini