Bidang kristal dan orientasi kristal adalah dua konsep inti dalam kristalografi, yang terkait erat dengan struktur kristal dalam teknologi sirkuit terpadu berbasis silikon.
1.Pengertian dan Sifat Orientasi Kristal
Orientasi kristal merepresentasikan arah tertentu dalam kristal, biasanya dinyatakan dengan indeks orientasi kristal. Orientasi kristal didefinisikan dengan menghubungkan dua titik kisi dalam struktur kristal, dan memiliki karakteristik sebagai berikut: setiap orientasi kristal mengandung jumlah titik kisi yang tak terhingga; satu orientasi kristal dapat terdiri dari beberapa orientasi kristal paralel yang membentuk suatu keluarga orientasi kristal; keluarga orientasi kristal tersebut mencakup semua titik kisi dalam kristal.
Pentingnya orientasi kristal terletak pada indikasi susunan atom-atom yang searah di dalam kristal. Misalnya, orientasi kristal [111] merepresentasikan arah tertentu di mana rasio proyeksi ketiga sumbu koordinat adalah 1:1:1.
2. Definisi dan Sifat Bidang Kristal
Bidang kristal adalah bidang susunan atom dalam kristal, yang direpresentasikan oleh indeks bidang kristal (indeks Miller). Sebagai contoh, persamaan (111) menunjukkan bahwa kebalikan dari perpotongan bidang kristal pada sumbu koordinat memiliki rasio 1:1:1. Bidang kristal memiliki sifat-sifat berikut: setiap bidang kristal mengandung titik kisi yang tak terhingga jumlahnya; setiap bidang kristal memiliki bidang paralel yang tak terhingga jumlahnya, membentuk keluarga bidang kristal; keluarga bidang kristal tersebut mencakup seluruh kristal.
Penentuan indeks Miller melibatkan pengambilan titik potong bidang kristal pada setiap sumbu koordinat, mencari resiprokalnya, dan mengubahnya menjadi rasio bilangan bulat terkecil. Misalnya, bidang kristal (111) memiliki titik potong pada sumbu x, y, dan z dengan rasio 1:1:1.
3. Hubungan Antara Bidang Kristal dan Orientasi Kristal
Bidang kristal dan orientasi kristal adalah dua cara berbeda untuk menggambarkan struktur geometris kristal. Orientasi kristal mengacu pada susunan atom pada arah tertentu, sementara bidang kristal mengacu pada susunan atom pada bidang tertentu. Keduanya memiliki kesamaan tertentu, tetapi keduanya mewakili konsep fisika yang berbeda.
Hubungan kunci: Vektor normal bidang kristal (yaitu, vektor yang tegak lurus terhadap bidang tersebut) bersesuaian dengan orientasi kristal. Misalnya, vektor normal bidang kristal (111) bersesuaian dengan orientasi kristal [111], yang berarti bahwa susunan atom sepanjang arah [111] tegak lurus terhadap bidang tersebut.
Dalam proses semikonduktor, pemilihan bidang kristal sangat memengaruhi kinerja perangkat. Misalnya, dalam semikonduktor berbasis silikon, bidang kristal yang umum digunakan adalah bidang (100) dan (111) karena keduanya memiliki susunan atom dan metode ikatan yang berbeda dalam arah yang berbeda. Sifat-sifat seperti mobilitas elektron dan energi permukaan bervariasi pada bidang kristal yang berbeda, sehingga memengaruhi kinerja dan proses pertumbuhan perangkat semikonduktor.
4. Aplikasi Praktis dalam Proses Semikonduktor
Dalam manufaktur semikonduktor berbasis silikon, orientasi kristal dan bidang kristal diterapkan dalam banyak aspek:
Pertumbuhan Kristal: Kristal semikonduktor biasanya tumbuh pada orientasi kristal tertentu. Kristal silikon paling sering tumbuh pada orientasi [100] atau [111] karena stabilitas dan susunan atom pada orientasi ini mendukung pertumbuhan kristal.
Proses Etsa: Dalam etsa basah, bidang kristal yang berbeda memiliki laju etsa yang berbeda pula. Misalnya, laju etsa pada bidang (100) dan (111) silikon berbeda, sehingga menghasilkan efek etsa anisotropik.
Karakteristik Perangkat: Mobilitas elektron dalam perangkat MOSFET dipengaruhi oleh bidang kristal. Biasanya, mobilitas elektron lebih tinggi pada bidang (100), sehingga MOSFET berbasis silikon modern sebagian besar menggunakan wafer (100).
Singkatnya, bidang kristal dan orientasi kristal adalah dua cara mendasar untuk menggambarkan struktur kristal dalam kristalografi. Orientasi kristal merepresentasikan sifat arah dalam kristal, sementara bidang kristal menggambarkan bidang-bidang spesifik di dalam kristal. Kedua konsep ini berkaitan erat dalam manufaktur semikonduktor. Pemilihan bidang kristal berdampak langsung pada sifat fisik dan kimia material, sementara orientasi kristal memengaruhi pertumbuhan kristal dan teknik pemrosesan. Memahami hubungan antara bidang kristal dan orientasi sangat penting untuk mengoptimalkan proses semikonduktor dan meningkatkan kinerja perangkat.
Waktu posting: 08-Okt-2024