ระนาบคริสตัลและการวางแนวคริสตัลเป็นแนวคิดหลักสองประการในผลึกศาสตร์ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างคริสตัลในเทคโนโลยีวงจรรวมที่ใช้ซิลิกอน
1. นิยามและคุณสมบัติของการวางแนวของผลึก
การวางตัวของผลึกหมายถึงทิศทางเฉพาะภายในผลึก ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงด้วยดัชนีการวางตัวของผลึก การวางตัวของผลึกถูกกำหนดโดยการเชื่อมต่อจุดแลตทิซสองจุดใดๆ ภายในโครงสร้างผลึก และมีลักษณะดังต่อไปนี้: การวางตัวของผลึกแต่ละจุดประกอบด้วยจุดแลตทิซจำนวนไม่จำกัด การวางตัวของผลึกหนึ่งผลึกอาจประกอบด้วยการวางตัวของผลึกขนานกันหลายจุด ซึ่งประกอบกันเป็นตระกูลการวางตัวของผลึก ตระกูลการวางตัวของผลึกครอบคลุมจุดแลตทิซทั้งหมดภายในผลึก
ความสำคัญของการวางตัวของผลึกอยู่ที่การระบุทิศทางการจัดเรียงของอะตอมภายในผลึก ตัวอย่างเช่น การวางตัวของผลึก [111] แสดงถึงทิศทางเฉพาะ โดยที่อัตราส่วนการฉายภาพของแกนพิกัดทั้งสามคือ 1:1:1
2. นิยามและคุณสมบัติของระนาบคริสตัล
ระนาบผลึกคือระนาบของการจัดเรียงอะตอมภายในผลึก แสดงด้วยดัชนีระนาบผลึก (ดัชนีมิลเลอร์) ตัวอย่างเช่น (111) ระบุว่าส่วนกลับของจุดตัดของระนาบผลึกบนแกนพิกัดมีอัตราส่วน 1:1:1 ระนาบผลึกมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: ระนาบผลึกแต่ละระนาบประกอบด้วยจุดแลตทิซจำนวนอนันต์ ระนาบผลึกแต่ละระนาบมีระนาบขนานจำนวนอนันต์ที่ประกอบกันเป็นระนาบผลึก; ระนาบผลึกครอบคลุมผลึกทั้งหมด
การหาดัชนีมิลเลอร์เกี่ยวข้องกับการหาจุดตัดของระนาบผลึกบนแกนพิกัดแต่ละแกน หาค่าส่วนกลับของจุดตัดเหล่านั้น และแปลงให้เป็นอัตราส่วนจำนวนเต็มที่น้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น ระนาบผลึก (111) มีจุดตัดบนแกน x, y และ z ในอัตราส่วน 1:1:1
3. ความสัมพันธ์ระหว่างระนาบคริสตัลและการวางแนวคริสตัล
ระนาบผลึกและการวางตัวของผลึกเป็นสองวิธีที่แตกต่างกันในการอธิบายโครงสร้างทางเรขาคณิตของผลึก การวางตัวของผลึกหมายถึงการจัดเรียงอะตอมตามทิศทางที่กำหนด ในขณะที่ระนาบผลึกหมายถึงการจัดเรียงอะตอมบนระนาบที่กำหนด ทั้งสองอย่างนี้มีความสอดคล้องกันในระดับหนึ่ง แต่แสดงถึงแนวคิดทางกายภาพที่แตกต่างกัน
ความสัมพันธ์หลัก: เวกเตอร์ตั้งฉากของระนาบผลึก (กล่าวคือ เวกเตอร์ที่ตั้งฉากกับระนาบนั้น) สอดคล้องกับการวางตัวของผลึก ตัวอย่างเช่น เวกเตอร์ตั้งฉากของระนาบผลึก (111) สอดคล้องกับการวางตัวของผลึก [111] ซึ่งหมายความว่าการจัดเรียงอะตอมในทิศทาง [111] จะตั้งฉากกับระนาบนั้น
ในกระบวนการผลิตสารกึ่งตัวนำ การเลือกระนาบผลึกมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ยกตัวอย่างเช่น ในสารกึ่งตัวนำที่ใช้ซิลิคอน ระนาบผลึกที่นิยมใช้กันคือระนาบ (100) และ (111) เนื่องจากมีการจัดเรียงอะตอมและวิธีการยึดเกาะที่แตกต่างกันในทิศทางที่ต่างกัน คุณสมบัติต่างๆ เช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและพลังงานพื้นผิวจะแตกต่างกันไปในแต่ละระนาบผลึก ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพและกระบวนการเจริญเติบโตของอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ
4. การประยุกต์ใช้จริงในกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์
ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิกอน การวางแนวคริสตัลและระนาบคริสตัลถูกนำไปใช้ในหลาย ๆ ด้าน:
การเติบโตของผลึก: โดยทั่วไปแล้ว ผลึกเซมิคอนดักเตอร์จะเติบโตตามแนวการวางตัวของผลึกที่เฉพาะเจาะจง ผลึกซิลิคอนมักจะเติบโตตามแนวการวางตัว [100] หรือ [111] เนื่องจากความเสถียรและการจัดเรียงตัวของอะตอมในแนวการวางตัวเหล่านี้เอื้อต่อการเติบโตของผลึก
กระบวนการกัด: ในการกัดแบบเปียก ระนาบผลึกต่างๆ จะมีอัตราการกัดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น อัตราการกัดบนระนาบ (100) และ (111) ของซิลิคอนจะแตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดผลการกัดแบบแอนไอโซทรอปิก
ลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์: การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอุปกรณ์ MOSFET ได้รับผลกระทบจากระนาบผลึก โดยทั่วไปการเคลื่อนที่บนระนาบ (100) จะสูงกว่า ซึ่งเป็นเหตุผลที่ MOSFET ที่ใช้ซิลิคอนในปัจจุบันจึงใช้เวเฟอร์ (100) เป็นหลัก
โดยสรุป ระนาบผลึกและทิศทางของผลึกเป็นสองวิธีพื้นฐานในการอธิบายโครงสร้างของผลึกในวิชาผลึกศาสตร์ ทิศทางของผลึกแสดงถึงคุณสมบัติเชิงทิศทางภายในผลึก ขณะที่ระนาบผลึกอธิบายถึงระนาบเฉพาะภายในผลึก แนวคิดทั้งสองนี้มีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การเลือกระนาบผลึกส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของวัสดุ ในขณะที่ทิศทางของผลึกมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของผลึกและเทคนิคการประมวลผล การทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างระนาบผลึกและทิศทางมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์และการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์
เวลาโพสต์: 8 ต.ค. 2567