Bidang kristal dan orientasi kristal adalah dua konsep inti dalam kristalografi, terkait erat dengan struktur kristal dalam teknologi sirkuit terpadu berbasis silikon.
1.Definisi dan Sifat Orientasi Kristal
Orientasi kristal mewakili arah tertentu dalam kristal, biasanya dinyatakan dengan indeks orientasi kristal. Orientasi kristal ditentukan dengan menghubungkan dua titik kisi di dalam struktur kristal, dan memiliki karakteristik sebagai berikut: setiap orientasi kristal mengandung titik kisi dalam jumlah tak terbatas; orientasi kristal tunggal dapat terdiri dari beberapa orientasi kristal paralel yang membentuk keluarga orientasi kristal; keluarga orientasi kristal mencakup semua titik kisi di dalam kristal.
Pentingnya orientasi kristal terletak pada penunjukan arah susunan atom di dalam kristal. Misalnya, orientasi kristal [111] mewakili arah tertentu di mana rasio proyeksi ketiga sumbu koordinat adalah 1:1:1.
2. Pengertian dan Sifat Bidang Kristal
Bidang kristal adalah bidang susunan atom di dalam kristal, yang diwakili oleh indeks bidang kristal (indeks Miller). Misalnya, (111) menunjukkan bahwa kebalikan dari perpotongan bidang kristal pada sumbu koordinat memiliki perbandingan 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 membentuk keluarga bidang kristal; keluarga bidang kristal menutupi 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 perpotongan pada sumbu x, y, dan z dengan perbandingan 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 korespondensi tertentu, tetapi mewakili konsep fisika yang berbeda.
Hubungan kunci: Vektor normal bidang kristal (yaitu, vektor yang tegak lurus terhadap bidang tersebut) berhubungan dengan orientasi kristal. Misalnya, vektor normal bidang kristal (111) berhubungan dengan orientasi kristal [111], artinya susunan atom sepanjang arah [111] tegak lurus terhadap bidang tersebut.
Dalam proses semikonduktor, pemilihan bidang kristal sangat mempengaruhi kinerja perangkat. Misalnya, pada 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 mempengaruhi 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 sepanjang orientasi kristal tertentu. Kristal silikon paling umum tumbuh sepanjang orientasi [100] atau [111] karena stabilitas dan susunan atom dalam orientasi ini menguntungkan untuk pertumbuhan kristal.
Proses Pengetsaan: Dalam pengetsaan basah, bidang kristal yang berbeda memiliki tingkat pengetsaan yang berbeda-beda. Misalnya, laju etsa pada bidang silikon (100) dan (111) berbeda, sehingga menghasilkan efek etsa anisotropik.
Karakteristik Perangkat: Mobilitas elektron pada 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 mewakili sifat arah dalam kristal, sedangkan bidang kristal menggambarkan bidang tertentu di dalam kristal. Kedua konsep ini terkait erat dalam manufaktur semikonduktor. Pemilihan bidang kristal berdampak langsung pada sifat fisik dan kimia material, sedangkan orientasi kristal mempengaruhi 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