Vad är skillnaden mellan kiselskiva<100>, <110>, <111>?

1. Kristallstruktur och atomarrangemang
1.1 Atomiskt arrangemang

<100>Kristallriktning

• Ytatomiskt arrangemang: Atomer är arrangerade längs kanten av kuben för att bilda ett fyrkantigt rutnät.
• Atomisk densitet: Den lägsta (cirka atomer\/cm²), atomavståndet är stort och ytenergin är hög.
• Bindningsriktning: Ytatombindningarna är vinkelräta mot kristallplanet och har hög kemisk aktivitet.

100                                              010                                              001

<110>Kristallyta

• Atomarrangemang: Arrangerad längs kubens diagonala riktning för att bilda ett rektangulärt rutnät.
• Atomisk densitet: Medium (cirka atomer\/cm²).
• Bindningsriktning: Ytatombindningarna lutas vid 45 grader, med hög mekanisk styrka.

1.2 Ytenergi och kemisk stabilitet
<111>><110>><100>(Ranking av kemisk stabilitet)

• <111>Ytan har den bästa korrosionsmotståndet på grund av dess höga atomdensitet och stark bindning;
• <100>Ytatomerna är lösa och etsas lätt av kemikalier (såsom KOH).

2. Anisotropiskt beteende
2.1 Våt kemisk etsning (tar KOH som exempel)

• Nyckelmekanism: etsningshastigheten för KOH på kisel är direkt relaterad till exponeringsgraden av atombindningar längs kristallriktningen.
• <100>: Atombindningar attackeras lätt av OH⁻, och etsningshastigheten är snabb;
• <111>: Atombindningar är tätt skyddade och nästan oreaktiva.

2.2 Torka etsning (såsom plasmaetsning)

• Kristallorienteringen har liten effekt, men<111>Högdensitetsyta kan orsaka mikromaskningseffekt och bilda lokal grovhet.

3. Jämförelse av processegenskaper
3.1 Oxidskiktkvalitet

• <100>Fördelar: Lågdefekt oxidlager är ett kärnbehov för CMOS-enheter.

3.2 Bärarens rörlighet (300K)

• Anledning:<100>Kristallplan matchar symmetrin på kiselgitteret, vilket minskar bärarspridningen.

4. Mekaniska och termiska egenskaper
4.1 Mekanisk styrka<111>><110>><100>

• Frakturens seghet är: {{0}}. 8 MPa · m¹\/², 0. 7 MPa · m¹\/², 0,6 MPa · m¹\/²
• Tillämpningsexempel: MEMS -trycksensorer använder mestadels<110>skivor eftersom deras trötthetsmotstånd är bättre än<100>.

4.2 Termisk expansionskoefficient
Anisotropin av kisel leder till skillnader i termiska expansionskoefficienter i olika kristallriktningar:

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

Inverkan:<111>Wafers är benägna att stressa i högtemperaturprocesser, och termiska budgetar måste utformas noggrant.

5. Applikationsscenarier
5.1 <100>kristallorientering

• Integrerade kretsar (ICS): Mer än 95% av världens logikchips (som CPU: er och DRAMS) använder<100>skivor.
• Fördelar: Låg gränssnittstillstånd, hög bärarnas rörlighet och oxidskikt enhetlighet.
• Solceller: pyramidstruktur bildad av anisotropisk etsning, med en reflektivitet av<5%.
• Exempel: TSMC: s 3NM -process är baserad på<100>kisel, med en grindlängd på 12 nm.

5.2 <110>Kristallorientering
MEMS -enheter:

• Accelerometers: Use vertical deep grooves to make movable masses (aspect ratio >20:1).
• Trycksensorer: Piezoresistance -koefficienten är den största i<110>Riktning (t.ex. π₁₁ -kiselkoefficienten är 6,6 × 10^-11 pa⁻).
• Högfrekventa enheter:<110>Kiselsubstrat kan minska gitter -missanpassningsspänning i GaAs epitaxial tillväxt.

5.3 <111>Kristallorientering
Optoelektroniska enheter:

• Gan Epitaxial: High Lattice Match med<111>kisel (17% missanpassning, jämfört med<100> 23%).
• Kvantprickuppsättningar: Atomplan med hög densitet tillhandahåller ordnade kärnbildningsställen.
• Nanostrukturmallar: Används för AFM -sondtips eller nanowire -tillväxt.

6. Kostnad och industrikedja

Kostnadsförare:

• <100>Wafers har de lägsta kostnaderna på grund av stordriftsfördelar;
• <111>Wafers kräver speciella skärning och poleringsprocesser.

Sammanfattning: Den viktigaste grunden för att välja kristallorientering