Каква е разликата между силиконовата вафла<100>, <110>, <111>?

1. Кристална структура и атомно разположение
1.1 Атомно подреждане

<100>Кристална посока

• Повърхностно атомно разположение: Атомите са подредени по ръба на куба, за да образуват квадратна решетка.
• Атомна плътност: Най -ниската (около атоми\/cm²), атомното разстояние е голямо, а повърхностната енергия е висока.
• Посока на свързване: Атомните връзки на повърхността са перпендикулярни на кристалната равнина и имат висока химическа активност.

100                                              010                                              001

<110>Кристална повърхност

• Атомна подредба: Подредено по диагоналната посока на лицето на куба, за да се образува правоъгълна решетка.
• Атомна плътност: средна (около атоми\/cm²).
• Посока на свързване: Атомните връзки на повърхността са наклонени на 45 градуса, с висока механична якост.

1.2 Повърхностна енергия и химическа стабилност
<111>><110>><100>(Класиране на химическа стабилност)

• <111>Повърхността има най -добрата устойчивост на корозия поради високата си атомна плътност и силното свързване;
• <100>Повърхностните атоми са разхлабени и лесно се гравират от химикали (като KOH).

2. Анизотропно поведение
2.1 Мокро химическо офорт (приемане на KOH като пример)

• Основен механизъм: Скоростта на офорт на KOH върху силиций е пряко свързана със степента на излагане на атомни връзки по посока на кристала.
• <100>: Атомните връзки лесно се атакуват от OH⁻, а степента на офорт е бърза;
• <111>: Атомните връзки са плътно екранирани и почти нереактивни.

2.2 Сухо ецване (като плазмено офорт)

• Кристалната ориентация има малък ефект, но<111>Повърхността с висока плътност може да причини ефект на микро маскиране и да образува локална грапавост.

3. Сравнение на характеристиките на процеса
3.1 Качество на оксидния слой

• <100>Предимства: Слоят с ниско дефектиране на оксид е основно изискване на CMOS устройства.

3.2 Мобилност на превозвача (300k)

• Причина: The<100>Кристалната равнина съответства на симетрията на силиконовата решетка, намалявайки разсейването на носители.

4. Механични и топлинни свойства
4.1 Механична якост<111>><110>><100>

• Издръжливостта на счупването е: {{0}}. 8 MPa · m¹\/², 0.
• Пример за приложение: Използват се сензори за налягане в MEMS предимно<110>вафли, защото тяхната устойчивост на умора е по -добра от<100>.

4.2 Коефициент на термично разширение
Анизотропията на силиций води до разлики в коефициентите на термично разширяване в различни кристални посоки:

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

Въздействие:<111>Вафрите са склонни към стрес при високотемпературни процеси и топлинните бюджети трябва да бъдат внимателно проектирани.

5. Сценарии на кандидатстване
5.1 <100>Кристална ориентация

• Интегрални схеми (ICS): Използват се повече от 95% от световните логически чипове (като процесори и DRAM)<100>вафли.
• Предимства: Ниска плътност на състоянието на интерфейса, висока мобилност на носителя и равномерност на оксидния слой.
• Слънчеви клетки: Пирамидна структура, образувана от анизотропно офорт, с отразяваща способност на<5%.
• Пример: 3nm процесът на TSMC се основава на<100>силиций, с дължина на портата 12 nm.

5.2 <110>Кристална ориентация
MEMS устройства:

• Accelerometers: Use vertical deep grooves to make movable masses (aspect ratio >20:1).
• Сензори за налягане: Коефициентът на пиезорезистентност е най -големият в<110>посока (напр. Коефициентът на силиций π₁₁ е 6.6 × 10^-11 pa⁻⁻).
• Високочестотни устройства:<110>Силиконовите субстрати могат да намалят напрежението на несъответствието на решетката при растежа на GAAS Epitaxial.

5.3 <111>Кристална ориентация
Оптоелектронни устройства:

• GAN EPITAXIAL: СВЪРЗВАНЕ НА ВИСОКИ МАРЕСИ С<111>силиций (17% несъответствие, в сравнение с<100> 23%).
• Квантова точка масиви: Атомните равнини с висока плътност осигуряват подредени места за ядрени места.
• Шаблони за наноструктура: Използва се за съвети за сонда на AFM или растеж на нанопровод.

6. Разходи и индустриална верига

Шофьори на разходите:

• <100>Вафрите имат най -ниска цена поради икономии от мащаба;
• <111>Вафърс изискват специални процеси на рязане и полиране.

Резюме: Ключовата основа за избор на кристална ориентация