Định hướng tinh thể và khuyết tật trong tấm silicon

Điều gì xác định sự định hướng tinh thể của Silicon?

Ô đơn vị tinh thể cơ bản củasilicon đơn tinh thểlà cấu trúc hỗn hợp kẽm, trong đó mỗi nguyên tử silicon liên kết hóa học với bốn nguyên tử silicon lân cận. Cấu trúc này cũng được tìm thấy trong kim cương cacbon đơn tinh thể. 

Hình 2:Ô đơn vị củaSilicon đơn tinh thểKết cấu

Hướng tinh thể được xác định bởi chỉ số Miller, biểu thị các mặt phẳng định hướng tại giao điểm của trục x, y và z. Hình 2 minh họa mặt phẳng định hướng tinh thể <100> và <111> của cấu trúc hình khối. Đáng chú ý, mặt phẳng <100> là mặt phẳng vuông như trong Hình 2(a), trong khi mặt phẳng <111> là hình tam giác, như được mô tả trong Hình 2(b).

Hình 2: (a) <100> Mặt phẳng định hướng tinh thể, (b) <111> Mặt phẳng định hướng tinh thể

Tại sao Hướng <100> được ưu tiên cho Thiết bị MOS?

Hướng <100> thường được sử dụng trong chế tạo thiết bị MOS.

Hình 3: Cấu trúc mạng của mặt phẳng định hướng <100>

Hướng <111> được ưa chuộng để sản xuất các thiết bị BJT do mật độ mặt phẳng nguyên tử cao hơn nên phù hợp với các thiết bị có công suất cao. Khi tấm bán dẫn <100> bị vỡ, các mảnh thường hình thành ở góc 90°. Ngược lại, <111>bánh xốpcác mảnh xuất hiện ở dạng hình tam giác 60°.

Hình 4: Cấu trúc mạng của mặt phẳng định hướng <111>

Hướng tinh thể được xác định như thế nào?

Nhận dạng trực quan: Phân biệt thông qua hình thái, chẳng hạn như hố khắc và các mặt tinh thể nhỏ.

Nhiễu xạ tia X:Silic đơn tinh thểcó thể được khắc ướt và các khuyết tật trên bề mặt của nó sẽ hình thành các hố ăn mòn do tốc độ ăn mòn cao hơn ở những điểm đó. Đối với <100>bánh xốp, ăn mòn chọn lọc bằng dung dịch KOH tạo ra các hố ăn mòn giống như một kim tự tháp ngược bốn cạnh, vì tốc độ ăn mòn trên mặt phẳng <100> nhanh hơn trên mặt phẳng <111>. Đối với <111>bánh xốp, các hố khắc có hình dạng của một khối tứ diện hoặc một kim tự tháp ngược ba mặt.

Hình 5: Các vết khắc trên tấm <100> và <111>

Các khuyết tật thường gặp trong tinh thể silicon là gì?

Trong quá trình sinh trưởng và các quá trình tiếp theo củatinh thể silicon và tấm bánh xốp, nhiều khuyết tật tinh thể có thể xảy ra. Khiếm khuyết điểm đơn giản nhất là khuyết điểm, còn được gọi là khuyết tật Schottky, trong đó một nguyên tử bị thiếu trong mạng. Những chỗ trống ảnh hưởng đến quá trình pha tạp do tốc độ khuếch tán của chất pha tạp trongsilicon đơn tinh thểlà một hàm của số lượng vị trí tuyển dụng. Khiếm khuyết kẽ hình thành khi có thêm một nguyên tử chiếm một vị trí giữa các vị trí mạng tinh thể bình thường. Khiếm khuyết Frenkel phát sinh khi khuyết tật kẽ và chỗ trống nằm liền kề nhau.

Sự sai lệch, các khuyết tật hình học trong mạng có thể là kết quả của quá trình kéo tinh thể. Trong lúcbánh xốptrong quá trình sản xuất, sự sai lệch liên quan đến ứng suất cơ học quá mức, chẳng hạn như gia nhiệt hoặc làm mát không đều, khuếch tán tạp chất vào mạng, lắng đọng màng hoặc ngoại lực từ nhíp. Hình 6 hiển thị các ví dụ về hai khuyết tật trật khớp.

Hình 6: Sơ đồ trật khớp của tinh thể Silicon

Mật độ các khuyết tật và sai lệch trên bề mặt tấm bán dẫn phải ở mức tối thiểu vì các bóng bán dẫn và các thành phần vi điện tử khác được chế tạo trên bề mặt này. Các khuyết tật bề mặt của silicon có thể làm tán xạ các electron, làm tăng điện trở và ảnh hưởng đến hiệu suất của linh kiện. Khiếm khuyết trênbánh xốpbề mặt làm giảm năng suất của chip mạch tích hợp. Mỗi khuyết tật có một số liên kết silicon lơ lửng, có tác dụng giữ các nguyên tử tạp chất và ngăn cản sự chuyển động của chúng. Các khuyết tật có chủ ý ở mặt sau của tấm bán dẫn được tạo ra để thu giữ các chất gây ô nhiễm bên trongbánh xốp, ngăn chặn các tạp chất di động này ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các linh kiện vi điện tử.**

Tại Semicorex, chúng tôi sản xuất và cung cấptấm silicon đơn tinh thể và các loại wafer khácáp dụng trong sản xuất chất bán dẫn, nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Điện thoại liên hệ: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com