Kakšna je razlika med silikonsko rezino<100>, <110>, <111>?

1. kristalna struktura in atomska razporeditev
1.1 Atomska ureditev

<100>Kristalna smer

• Površinska atomska razporeditev: Atomi so razporejeni vzdolž roba kocke, da tvorijo kvadratno mrežo.
• Atomska gostota: najnižja (približno atomi\/cm²), atomska razdalja je velika, površinska energija pa visoka.
• Smer vezanja: površinske atomske vezi so pravokotne na kristalno ravnino in imajo visoko kemijsko aktivnost.

100                                              010                                              001

<110>Kristalna površina

• Atomska razporeditev: razporejena po diagonalni smeri kocke obraza, da tvori pravokotno mrežo.
• Atomska gostota: medij (približno atomi\/cm²).
• Smer vezanja: površinske atomske vezi so nagnjene s 45 stopinj, z visoko mehansko trdnostjo.

1.2 Površinska energija in kemična stabilnost
<111>><110>><100>(Uvrstitev kemične stabilnosti)

• <111>Površina ima najboljšo korozijsko odpornost zaradi visoke atomske gostote in močne vezi;
• <100>Površinski atomi so ohlapni in jih zlahka vtisnejo kemikalije (na primer koh).

2. Anizotropno vedenje
2.1 Mokro kemično jedkanje (primer jemanje Koh)

• Ključni mehanizem: Hitrost jedkanja KOH na siliciju je neposredno povezana s stopnjo izpostavljenosti atomskih vezi vzdolž smeri kristala.
• <100>: Atomske vezi zlahka napade OH⁻, stopnja jedkanja pa je hitra;
• <111>: Atomske vezi so tesno zaščitene in skoraj nereaktivne.

2.2 suho jedkanje (kot je jedkanje v plazmi)

• Kristalna orientacija ima majhen učinek, ampak<111>Površina z visoko gostoto lahko povzroči učinek mikro maskenja in tvori lokalno hrapavost.

3. Primerjava značilnosti procesa
3.1 Kakovost plasti oksida

• <100>Prednosti: Oksidna plast z nizko stopnjo je temeljna zahteva na naprav CMOS.

3.2 Mobilnost nosilcev (300K)

• Razlog: The<100>Kristalna ravnina se ujema s simetrijo silicijeve rešetke, kar zmanjšuje razprševanje nosilcev.

4. mehanske in toplotne lastnosti
4.1 Mehanska trdnost<111>><110>><100>

• Živahnost loma je: {{0}}. 8 MPA · M¹\/², 0.
• Primer aplikacije: MEMS Tlačni senzorji večinoma uporabljajo<110>rezine, ker je njihova odpornost na utrujenost boljša od<100>.

4.2 Koeficient toplotne ekspanzije
Anizotropija silicija vodi do razlik v koeficientih toplotne ekspanzije v različnih kristalnih smereh:

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

Udar:<111>Reši so nagnjeni k stresu v visokotemperaturnih procesih, toplotni proračun pa je treba skrbno oblikovati.

5. Scenariji prijave
5.1 <100>Kristalna orientacija

• Integrirana vezja (ICS): več kot 95% svetovnih logičnih čipov (na primer CPU in DRAMS)<100>rezine.
• Prednosti: nizka gostota stanja vmesnika, mobilnost visoke nosilce in enakomernost plasti oksida.
• Sončne celice: piramidna struktura, ki jo tvori anizotropno jedkanje, z odbojnostjo<5%.
• Primer: 3NM postopek TSMC temelji na<100>Silicij, z dolžino vrat 12 nm.

5.2 <110>Kristalna orientacija
Naprave MEMS:

• Accelerometers: Use vertical deep grooves to make movable masses (aspect ratio >20:1).
• Tlačni senzorji: koeficient piezoresistance je največji v<110>smer (npr. π₁₁ koeficient silicija je 6,6 × 10^-11 pa⁻¹).
• Naprave z visokofrekvenco:<110>Silicijevi substrati lahko zmanjšajo stres neusklajenosti rešetk pri epitaksialni rasti GaAS.

5.3 <111>Kristalna orientacija
Optoelectronic naprave:

• GAN epitaksialna: visoka rešetka<111>silicij (17% neusklajenost v primerjavi z<100> 23%).
• Kvantne matrike pik: Atomske ravnine z visoko gostoto zagotavljajo urejena mesta nukleacije.
• Predloge za nanostrukturo: Uporablja se za nasvete za sondo AFM ali rast nanowire.

6. Stroški in industrijska veriga

Vozniki stroškov:

• <100>Rezine imajo najnižje stroške zaradi ekonomije obsega;
• <111>Reši so potrebni posebni procesi rezanja in poliranja.

Povzetek: Ključna osnova za izbiro kristalne orientacije