Bidang kristal dan orientasi kristal merupakan dua konsep inti dalam kristalografi, yang berkaitan erat dengan struktur kristal dalam teknologi sirkuit terpadu berbasis silikon.
1.Pengertian dan Sifat Orientasi Kristal
Orientasi kristal menunjukkan arah tertentu dalam kristal, yang biasanya dinyatakan dengan indeks orientasi kristal. Orientasi kristal didefinisikan dengan menghubungkan dua titik kisi dalam struktur kristal, dan memiliki karakteristik berikut: setiap orientasi kristal mengandung jumlah titik kisi yang tak terbatas; satu orientasi kristal dapat terdiri dari beberapa orientasi kristal paralel yang membentuk satu keluarga orientasi kristal; keluarga orientasi kristal mencakup semua titik kisi dalam kristal.
Pentingnya orientasi kristal terletak pada indikasi susunan arah atom dalam kristal. Misalnya, orientasi kristal [111] menunjukkan 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). Misalnya, (111) menunjukkan bahwa kebalikan dari perpotongan bidang kristal pada sumbu koordinat berada dalam rasio 1:1:1. Bidang kristal memiliki sifat-sifat berikut: setiap bidang kristal mengandung titik kisi yang jumlahnya tak terhingga; setiap bidang kristal memiliki bidang paralel yang jumlahnya tak terhingga yang membentuk keluarga bidang kristal; keluarga bidang kristal meliputi seluruh kristal.
Penentuan indeks Miller melibatkan pengambilan titik potong bidang kristal pada setiap sumbu koordinat, mencari kebalikannya, dan mengubahnya menjadi rasio bilangan bulat terkecil. Misalnya, bidang kristal (111) memiliki titik potong pada sumbu x, y, dan z dalam 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 sepanjang arah tertentu, sedangkan 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) sesuai dengan orientasi kristal. Misalnya, vektor normal bidang kristal (111) sesuai 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 bidang-bidang tersebut memiliki susunan atom dan metode ikatan yang berbeda dalam arah yang berbeda. Properti seperti mobilitas elektron dan energi permukaan bervariasi pada bidang kristal yang berbeda, yang 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 Pengetsaan: Dalam pengetsaan basah, bidang kristal yang berbeda memiliki laju pengetsaan yang berbeda pula. Misalnya, laju pengetsaan pada bidang (100) dan (111) silikon berbeda, sehingga menghasilkan efek pengetsaan anisotropik.
Karakteristik Perangkat: Mobilitas elektron dalam perangkat MOSFET dipengaruhi oleh bidang kristal. Biasanya, mobilitas lebih tinggi pada bidang (100), itulah sebabnya 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 menggambarkan sifat arah dalam kristal, sedangkan bidang kristal menggambarkan bidang tertentu dalam kristal. Kedua konsep ini terkait erat dalam pembuatan semikonduktor. Pemilihan bidang kristal berdampak langsung pada sifat fisik dan kimia material, sedangkan 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