Mis vahe on räni vahvlil<100>, <110>, <111>?

1. Kristallstruktuur ja aatomseade
1.1 aatomikorraldus

<100>Kristallsuund

• Pinna aatomi paigutus: aatomid on paigutatud piki kuubi serva, moodustades ruuduvõre.
• Aatomi tihedus: madalaim (umbes aatomid\/cm²), aatomi kaugus on suur ja pinnaenergia on kõrge.
• Sidumissuund: pinna aatomsidemed on risti kristalltasandiga ja neil on kõrge keemiline aktiivsus.

100                                              010                                              001

<110>Kristallpind

• Aatomseade: paigutatud kuubi pinna diagonaalsuunale, moodustades ristkülikukujulise võre.
• Aatomi tihedus: sööde (umbes aatomid\/cm²).
• Sidumissuund: pinna aatomsidemed kallutatakse 45 kraadi juures, suure mehaanilise tugevusega.

1.2 Pinnaenergia ja keemiline stabiilsus
<111>><110>><100>(Keemilise stabiilsuse järjestamine)

• <111>Pinnal on kõrge aatomi tiheduse ja tugeva sidumise tõttu parim korrosioonikindlus;
• <100>Pinnaaatomid on kemikaalide (näiteks KOH) abil lahti ja hõlpsasti söövitatud.

2. anisotroopne käitumine
2.1 Märg keemiline söövitus (võttes KoH näitena)

• Põhimehhanism: KOH söövituskiirus ränil on otseselt seotud aatomsidemete kokkupuute astmega kristallsuunas.
• <100>: OH⁻ -ga rünnatakse hõlpsalt aatomsidemeid ja söövituskiirus on kiire;
• <111>: Aatomsidemed on tihedalt varjestatud ja peaaegu ebakindlad.

2.2 Kuiv söövitus (näiteks plasma söövitus)

• Kristallide orientatsioonil on vähe mõju, kuid<111>Kõrge tihedusega pind võib põhjustada mikromoodustavat toimet ja moodustada lokaalse kareduse.

3. protsessi omaduste võrdlus
3.1 Oksiidi kihi kvaliteet

• <100>Eelised: madala defektiga oksiidikiht on CMOS-seadmete põhinõue.

3.2 Kandja liikuvus (300K)

• Põhjus:<100>Kristalltasapind sobib räni võre sümmeetriaga, vähendades kanduri hajumist.

4. mehaanilised ja termilised omadused
4.1 Mehaaniline tugevus<111>><110>><100>

• Murru sitkus on: {{0}}}. 8 mpa · m¹\/², 0.
• Rakenduse näide: MEMS -i rõhuandurid kasutavad enamasti<110>vahvlid, kuna nende väsimuskindlus on parem kui<100>.

4.2 Soojuspaisumistegur
Räni anisotroopia põhjustab soojuspaisumistegurite erinevusi erinevates kristallisuundades:

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

Mõju:<111>Vahvlid on kõrge temperatuuriga protsessides stressile ja soojuseelarved tuleb hoolikalt kujundada.

5. Rakenduse stsenaariumid
5.1 <100>kristallide orientatsioon

• Integreeritud vooluringid (IC): enam kui 95% maailma loogikakiipidest (näiteks protsessorid ja DRAMS) kasutavad<100>Vahvlid.
• Eelised: madala liidese oleku tihedus, kõrge kandja liikuvus ja oksiidikihi ühtlus.
• Päikeserakud: anisotroopse söövitamise teel moodustatud püramiidstruktuur, peegeldusega<5%.
• Näide: TSMC 3NM protsess põhineb<100>Räni, värava pikkusega 12 nm.

5.2 <110>Kristallide orientatsioon
MEMS -seadmed:

• Accelerometers: Use vertical deep grooves to make movable masses (aspect ratio >20:1).
• Rõhuandurid: piezoresistentsuse koefitsient on suurim<110>Suund (nt räni π₁₁ koefitsient on 6,6 × 10^-11 pa⁻⁻).
• Kõrgsageduslikud seadmed:<110>Ränisubstraadid võivad vähendada võre ebakõla stressi GAAS -i epitaksiaalse kasvu korral.

5.3 <111>Kristallide orientatsioon
Optoelektroonilised seadmed:

• Gan epitaksial: kõrge võre vastab<111>räni (17% ebakõla, võrreldes<100> 23%).
• Kvant-punktimassiivid: suure tihedusega aatomlennukid pakuvad järjestatud tuuma moodustuskohti.
• Nanostruktuuri mallid: kasutatakse AFM -sondi näpunäidete või nanojuhtmete kasvu jaoks.

6. Maksumus ja tööstuskett

Maksis autojuhid:

• <100>Vahvertel on mastaabisäästu tõttu madalaimad kulud;
• <111>Vahvlid vajavad spetsiaalseid lõikamis- ja poleerimisprotsesse.

Kokkuvõte: kristallide orientatsiooni valimise põhialus