Aký je rozdiel medzi kremíkovou oblátkou<100>, <110>, <111>?

1. Kryštalická štruktúra a atómové usporiadanie
1.1 Atómové usporiadanie

<100>Krištáľ

• Atómové usporiadanie povrchu: Atómy sú usporiadané pozdĺž okraja kocky, aby sa vytvorila štvorcová mriežka.
• Atómová hustota: najnižšia (približne atómy\/cm²), atómová vzdialenosť je veľká a povrchová energia je vysoká.
• Smer väzby: Atómové väzby povrchu sú kolmé na kryštálovú rovinu a majú vysokú chemickú aktivitu.

100                                              010                                              001

<110>Krištáľ

• Atómové usporiadanie: usporiadané pozdĺž diagonálneho smeru kocky čelia, aby sa vytvorila obdĺžniková mriežka.
• Atómová hustota: médium (asi atómy\/cm²).
• Smer väzby: Povrchové atómové väzby sú naklonené pri 45 stupňoch, s vysokou mechanickou pevnosťou.

1.2 povrchová energia a chemická stabilita
<111>><110>><100>(Hodnotenie chemickej stability)

• <111>Povrch má najlepšiu odolnosť proti korózii kvôli svojej vysokej atómovej hustote a silnej väzbe;
• <100>Atómy povrchu sú voľné a ľahko leptané chemikáliami (napríklad KOH).

2. Anizotropné správanie
2.1 Vlhké chemické leptanie (príklad KOH)

• Kľúčový mechanizmus: Rýchlosť leptania KOH na kremíku priamo súvisí so stupňom expozície atómových väzieb v smere kryštálov.
• <100>: Atómové väzby sú ľahko napadnuté OH⁻ a rýchlosť leptania je rýchla;
• <111>: Atómové väzby sú pevne chránené a takmer nereaktívne.

2.2 Suché leptanie (napríklad leptanie plazmy)

• Orientácia kryštálov má malý účinok, ale<111>Povrch s vysokou hustotou môže spôsobiť mikro-maskingový účinok a vytvárať miestnu drsnosť.

3. Porovnanie charakteristík procesu
3.1 Kvalita vrstvy oxidu

• <100>Výhody: Vrstva oxidu s nízkym obsahom defektu je základnou požiadavkou zariadení CMOS.

3.2 Mobilita nosiča (300 000)

• Dôvod:<100>Krištáľová rovina sa zhoduje s symetriou kremíkovej mriežky, ktorá znižuje rozptyl nosiča.

4. Mechanické a tepelné vlastnosti
4.1 Mechanická pevnosť<111>><110>><100>

• Zlomenina je: {{{0}}. 8 MPa · m¹\/², 0. 7 MPa · m¹\/², 0,6 MPa · m¹\/²
• Príklad aplikácie: Senzory tlaku MEMS väčšinou používajú<110>doštičky, pretože ich únavový odpor je lepší ako<100>.

4.2 Koeficient tepelnej expanzie
Anizotropia kremíka vedie k rozdielom v koeficientoch tepelnej expanzie v rôznych smeroch kryštálov:

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

Vplyv:<111>Doštičky sú náchylné na stres vo vysoko teplotných procesoch a je potrebné starostlivo navrhnúť tepelné rozpočty.

5. Aplikačné scenáre
5.1 <100>krištáľová orientácia

• Integrované obvody (ICS): Viac ako 95% svetových logických čipov (ako sú CPU a DRAMS)<100>doštičky.
• Výhody: nízka hustota stavu rozhrania, vysoká mobilita nosiča a jednotnosť vrstvy oxidovej vrstvy.
• Solárne články: pyramídová štruktúra tvorená anizotropným leptaním, s odrazivosťou<5%.
• Príklad: Proces 3NM TSMC je založený na<100>kremík, s dĺžkou brány 12 nm.

5.2 <110>Krištáľová orientácia
Zariadenia MEMS:

• Accelerometers: Use vertical deep grooves to make movable masses (aspect ratio >20:1).
• Tlakové senzory: koeficient piezorezistencie je najväčší v<110>Smer (napr. Koeficient π₁₁ kremíka je 6,6 × 10^-11 pa⁻).
• Vysokofrekvenčné zariadenia:<110>Kremíkové substráty môžu znížiť stres nezhody mriežky v epitaxiálnom raste GAAS.

5.3 <111>Krištáľová orientácia
Optoelektronické zariadenia:

• Gan epitaxia: vysoká mriežka sa zhoduje<111>kremík (17% nesúlad v porovnaní s<100> 23%).
• Kvantové bodové polia: Atomické roviny s vysokou hustotou poskytujú usporiadané nukleačné miesta.
• Šablóny nanoštruktúry: Používa sa na tipy AFM sondy alebo na rast nanovlákna.

6. Cena a priemyselný reťazec

Ovládače nákladov:

• <100>Doštičky majú najnižšie náklady v dôsledku úspor z rozsahu;
• <111>Doštičky vyžadujú špeciálne procesy rezania a leštenia.

Zhrnutie: Kľúčový základ pre výber kryštálovej orientácie