Orientácia kryštálov a defekty v kremíkových doštičkách

Čo definuje kryštálovú orientáciu kremíka?

Základná bunka kryštálovej jednotkymonokryštalický kremíkje štruktúra zinkovej zmesi, v ktorej sa každý atóm kremíka chemicky viaže so štyrmi susednými atómami kremíka. Táto štruktúra sa nachádza aj v monokryštalických uhlíkových diamantoch. 

Obrázok 2:Jednotková bunka zMonokryštalický kremíkŠtruktúra

Orientácia kryštálov je definovaná Millerovými indexmi, ktoré predstavujú smerové roviny v priesečníkoch osí x, y a z. Obrázok 2 znázorňuje roviny orientácie kryštálov <100> a <111> kubických štruktúr. Je pozoruhodné, že rovina <100> je štvorcová rovina, ako je znázornené na obrázku 2(a), zatiaľ čo rovina <111> je trojuholníková, ako je znázornené na obrázku 2(b).

Obrázok 2: (a) <100> rovina orientácie kryštálu, (b) <111> rovina orientácie kryštálu

Prečo je pre zariadenia MOS preferovaná orientácia <100>?

Orientácia <100> sa bežne používa pri výrobe zariadení MOS.

Obrázok 3: Mriežková štruktúra roviny orientácie <100>

Orientácia <111> je uprednostňovaná pri výrobe zariadení BJT kvôli vyššej hustote atómovej roviny, vďaka čomu je vhodná pre zariadenia s vysokým výkonom. Keď sa doštička <100> zlomí, fragmenty sa typicky vytvoria pod uhlom 90°. Na rozdiel od toho <111>oblátkaúlomky sa objavujú v 60° trojuholníkových tvaroch.

Obrázok 4: Mriežková štruktúra roviny orientácie <111>

Ako sa určuje smer kryštálov?

Vizuálna identifikácia: Diferenciácia prostredníctvom morfológie, ako sú leptané jamky a malé kryštálové fazety.

Röntgenová difrakcia:Monokryštalický kremíkmôže byť leptaný za mokra a defekty na jeho povrchu vytvoria leptané jamky v dôsledku vyššej rýchlosti leptania v týchto bodoch. Pre <100>oblátkyselektívne leptanie roztokom KOH má za následok leptacie jamky pripomínajúce štvorstrannú obrátenú pyramídu, pretože rýchlosť leptania na rovine <100> je rýchlejšia ako na rovine <111>. Pre <111>oblátky, leptané jamky majú tvar štvorstenu alebo trojbokého obráteného ihlana.

Obrázok 5: Jamky leptania na doštičkách <100> a <111>

Aké sú bežné chyby kremíkových kryštálov?

Počas rastu a následných procesovkremíkové kryštály a doštičkymôže dôjsť k početným defektom kryštálov. Najjednoduchším bodovým defektom je vakancia, známa aj ako Schottkyho defekt, kde v mriežke chýba atóm. Voľné miesta ovplyvňujú dopingový proces, pretože rýchlosť difúzie dopantov vmonokryštalický kremíkje funkciou počtu voľných pracovných miest. Intersticiálny defekt sa vytvorí, keď ďalší atóm zaujíma pozíciu medzi normálnymi miestami mriežky. Frenkelov defekt vzniká, keď intersticiálny defekt a vakancia susedia.

Dislokácie, geometrické defekty v mriežke, môžu byť výsledkom procesu ťahania kryštálu. Počasoblátkapri výrobe, dislokácie súvisia s nadmerným mechanickým namáhaním, ako je nerovnomerné zahrievanie alebo chladenie, difúzia dopantu do mriežky, ukladanie filmu alebo vonkajšie sily z pinzety. Obrázok 6 zobrazuje príklady dvoch dislokačných defektov.

Obrázok 6: Schéma dislokácie kryštálu kremíka

Hustota defektov a dislokácií na povrchu doštičky musí byť minimálna, pretože tranzistory a iné mikroelektronické súčiastky sa vyrábajú na tomto povrchu. Povrchové defekty v kremíku môžu rozptyľovať elektróny, čím sa zvyšuje odpor a ovplyvňuje výkon komponentov. Poruchy naoblátkapovrchu znižujú výťažnosť čipov integrovaných obvodov. Každý defekt má nejaké visiace kremíkové väzby, ktoré zachytávajú atómy nečistôt a bránia ich pohybu. Zámerné defekty na zadnej strane doštičky sa vytvárajú na zachytenie kontaminantov vo vnútrioblátka, čím sa zabráni tomu, aby tieto mobilné nečistoty ovplyvňovali normálnu prevádzku mikroelektronických komponentov.**

My v Semicorex vyrábame a dodávame vdoštičky z monokryštalického kremíka a iné druhy oblátokpoužívané pri výrobe polovodičov, ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktný telefón: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com