Koja je razlika između silikonskog vafla<100>, <110>, <111>?

1. Kristalna struktura i atomski aranžman
1.1 atomski aranžman

<100>Kristalni smjer

• Površinski atomski aranžman: atomi su raspoređeni uz ivicu kocke da formiraju kvadratnu rešetku.
• Atomska gustina: najniža (oko atoma \/ cm²), atomska udaljenost je velika, a površinska energija je visoka.
• Smjer vezivanja: Površinske atomske obveznice su okomito na kristalnu ravninu i imaju visoku hemijsku aktivnost.

100                                              010                                              001

<110>Kristalna površina

• Atomski aranžman: raspoređen duž dijagonalnog smjera kocke lica koji formira pravokutnu rešetku.
• Atomska gustina: srednje (o atomima \/ cm²).
• Smjer vezivanja: Površinske atomske obveznice nagnute su u 45 stepeni, sa visokom mehaničkom čvrstoćom.

1.2 Površinska energija i hemijska stabilnost
<111>><110>><100>(Rangiranje hemijske stabilnosti)

• <111>Površina ima najbolji otpor korozije zbog visoke atomske gustoće i snažnog lijepljenja;
• <100>Površinski atomi su labavi i lako ih je ukinuli hemikalijama (poput Koh).

2. Anizotropsko ponašanje
2.1 Mokri hemijsko ječivanje (uzimajući koh kao primjer)

• Ključni mehanizam: Stopa etchinga Koh na Silicijum direktno je povezana sa stupnjem izloženosti atomskih veza duž kristalnog smjera.
• <100>: Atomske obveznice lako napadaju OH⁻, a stopa etching je brza;
• <111>: Atomske obveznice su čvrsto zaštićene i gotovo nereaktivne.

2.2 Dry Etching (kao što je plazma jetkanje)

• Kristalna orijentacija ima malo efekta, ali<111>Površina visoke gustoće može prouzrokovati efekt mikro maskiranja i formirati lokalnu hrapavost.

3. Usporedba karakteristika procesa
3.1 Kvalitet sloja oksida

• <100>Prednosti: sloj oksida s niskim oštećenjem je osnovni zahtjev CMOS uređaja.

3.2 Mobilnost nosača (300k)

• Razlog: The<100>Kristalni avion odgovara simutriji silikonskih rešetki, smanjujući rasipanje nosača.

4. Mehanička i termička svojstva
4.1 Mehanička čvrstoća<111>><110>><100>

• Čvrća loma je: {{0}} {{0}} 8 MPa · m³ \/ ², 0. 7 MPa · m³ \/ ², 0,6 mpa · m³ \/ ²
• Primjer aplikacije: MEMS senzori pritiska uglavnom koriste<110>vafli jer je njihov otpor umora bolji od<100>.

4.2 Koeficijent toplotnog proširenja
Anisotropija Silikona dovodi do razlike u koeficijentima termičke ekspanzije u različitim kristalnim smjerovima:

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

Uticaj:<111>Kafići su skloni stresu u visokotemperaturnim procesima, a termički proračuni trebaju biti pažljivo dizajnirani.

5. Scenariji aplikacija
5.1 <100>Kristalna orijentacija

• Integrirani krugovi (ICS): Više od 95% svjetske logičke čipove (kao što su CPU-ovi i drami)<100>Vafli.
• Prednosti: nisko sučelje državne gustoće, visoka mobilnost nosača i uniformnost sloja oksida.
• Solarne ćelije: piramidna struktura formirana anizotropnim jetkanjem, sa reflektivnom<5%.
• Primjer: TSMC-ov 3nm proces zasnovan je na<100>Silicon, sa dužinom vrata od 12 nm.

5.2 <110>Kristalna orijentacija
MEMS uređaji:

• Accelerometers: Use vertical deep grooves to make movable masses (aspect ratio >20:1).
• Senzori pod pritiskom: Koeficijent piezoresistance je najveći u<110>Smjer (npr. Koeficijent silicijuma je 6,6 × 10 ^ -11).
• Visokofrekventni uređaji:<110>Silicijumske podloge mogu smanjiti stres s neusklađenim rešetki u rastu epitacije Gaas.

5.3 <111>Kristalna orijentacija
Optoelektronski uređaji:

• Gan Epitical: High Refret utakmica sa<111>silikon (17% neusklađenost, u odnosu na<100> 23%).
• Kvantni dot nizovi: atomijski atomi visoke gustoće pružaju naručene nukleacijske stranice.
• Predlošci nanostrukture: Koristi se za savjete za sonde AFM ili rast nanowire-a.

6. Trošak i industrijski lanac

Troškovi:

• <100>Vafli imaju najniže troškove zbog ekonomije razmjera;
• <111>Vafli zahtijevaju posebne procese rezanja i poliranja.

Sažetak: Ključna osnova za odabir kristalne orijentacije