ક્રિસ્ટલોગ્રાફીમાં ક્રિસ્ટલ પ્લેન અને ક્રિસ્ટલ ઓરિએન્ટેશન એ બે મુખ્ય ખ્યાલો છે, જે સિલિકોન-આધારિત ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ ટેકનોલોજીમાં ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે.
૧. સ્ફટિક દિશાની વ્યાખ્યા અને ગુણધર્મો
સ્ફટિક દિશા સ્ફટિકની અંદર એક ચોક્કસ દિશા દર્શાવે છે, જે સામાન્ય રીતે સ્ફટિક દિશા સૂચકાંકો દ્વારા વ્યક્ત થાય છે. સ્ફટિક દિશા સ્ફટિક માળખામાં કોઈપણ બે જાળી બિંદુઓને જોડીને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, અને તેમાં નીચેની લાક્ષણિકતાઓ છે: દરેક સ્ફટિક દિશામાં અનંત સંખ્યામાં જાળી બિંદુઓ હોય છે; એક સ્ફટિક દિશા સ્ફટિક દિશા પરિવાર બનાવતા બહુવિધ સમાંતર સ્ફટિક દિશાઓથી બનેલી હોઈ શકે છે; સ્ફટિક દિશા પરિવાર સ્ફટિકની અંદરના બધા જાળી બિંદુઓને આવરી લે છે.
સ્ફટિક દિશાનું મહત્વ સ્ફટિકની અંદર પરમાણુઓની દિશાત્મક ગોઠવણી સૂચવવામાં રહેલું છે. ઉદાહરણ તરીકે, [111] સ્ફટિક દિશા એક ચોક્કસ દિશા દર્શાવે છે જ્યાં ત્રણ સંકલન અક્ષોના પ્રક્ષેપણ ગુણોત્તર 1:1:1 હોય છે.
2. ક્રિસ્ટલ પ્લેનની વ્યાખ્યા અને ગુણધર્મો
સ્ફટિક સમતલ એ સ્ફટિકની અંદર પરમાણુ ગોઠવણીનું એક સમતલ છે, જે સ્ફટિક સમતલ સૂચકાંકો (મિલર સૂચકાંકો) દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, (111) સૂચવે છે કે કોઓર્ડિનેટ અક્ષો પર સ્ફટિક સમતલના આંતરછેદોના પારસ્પરિક ગુણોત્તર 1:1:1 છે. સ્ફટિક સમતલમાં નીચેના ગુણધર્મો છે: દરેક સ્ફટિક સમતલમાં અનંત સંખ્યામાં જાળી બિંદુઓ હોય છે; દરેક સ્ફટિક સમતલમાં અનંત સંખ્યામાં સમાંતર સમતલ હોય છે જે સ્ફટિક સમતલ પરિવાર બનાવે છે; સ્ફટિક સમતલ કુટુંબ સમગ્ર સ્ફટિકને આવરી લે છે.
મિલર સૂચકાંકોના નિર્ધારણમાં દરેક કોઓર્ડિનેટ અક્ષ પર સ્ફટિક સમતલના અંતરાલો લેવા, તેમના પરસ્પર સંબંધ શોધવા અને તેમને સૌથી નાના પૂર્ણાંક ગુણોત્તરમાં રૂપાંતરિત કરવાનો સમાવેશ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, (111) સ્ફટિક સમતલમાં x, y અને z અક્ષો પર 1:1:1 ના ગુણોત્તરમાં અંતરાલો હોય છે.
૩. ક્રિસ્ટલ પ્લેન અને ક્રિસ્ટલ ઓરિએન્ટેશન વચ્ચેનો સંબંધ
સ્ફટિક સમતલ અને સ્ફટિક દિશા એ સ્ફટિકના ભૌમિતિક બંધારણનું વર્ણન કરવાની બે અલગ અલગ રીતો છે. સ્ફટિક દિશા એ ચોક્કસ દિશામાં પરમાણુઓની ગોઠવણીનો ઉલ્લેખ કરે છે, જ્યારે સ્ફટિક સમતલ એ ચોક્કસ સમતલ પર પરમાણુઓની ગોઠવણીનો ઉલ્લેખ કરે છે. આ બંનેમાં ચોક્કસ પત્રવ્યવહાર છે, પરંતુ તે વિવિધ ભૌતિક ખ્યાલોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
મુખ્ય સંબંધ: સ્ફટિક સમતલનો સામાન્ય વેક્ટર (એટલે કે, તે સમતલ પર લંબ વેક્ટર) સ્ફટિક દિશાને અનુરૂપ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, (111) સ્ફટિક સમતલનો સામાન્ય વેક્ટર [111] સ્ફટિક દિશાને અનુરૂપ હોય છે, જેનો અર્થ એ થાય કે [111] દિશામાં અણુ ગોઠવણી તે સમતલ પર લંબ હોય છે.
સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓમાં, ક્રિસ્ટલ પ્લેનની પસંદગી ઉપકરણના પ્રદર્શનને ખૂબ અસર કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોન-આધારિત સેમિકન્ડક્ટર્સમાં, સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ક્રિસ્ટલ પ્લેન (100) અને (111) પ્લેન છે કારણ કે તેમની પાસે વિવિધ દિશામાં વિવિધ અણુ વ્યવસ્થા અને બંધન પદ્ધતિઓ છે. ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા અને સપાટી ઊર્જા જેવા ગુણધર્મો વિવિધ ક્રિસ્ટલ પ્લેન પર બદલાય છે, જે સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોના પ્રદર્શન અને વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાને પ્રભાવિત કરે છે.
4. સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓમાં વ્યવહારુ ઉપયોગો
સિલિકોન-આધારિત સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં, ક્રિસ્ટલ ઓરિએન્ટેશન અને ક્રિસ્ટલ પ્લેનનો ઉપયોગ ઘણા પાસાઓમાં થાય છે:
સ્ફટિક વૃદ્ધિ: સેમિકન્ડક્ટર સ્ફટિકો સામાન્ય રીતે ચોક્કસ સ્ફટિક દિશાઓ સાથે ઉગાડવામાં આવે છે. સિલિકોન સ્ફટિકો સામાન્ય રીતે [100] અથવા [111] દિશાઓ સાથે ઉગે છે કારણ કે આ દિશાઓમાં સ્થિરતા અને અણુ ગોઠવણી સ્ફટિક વૃદ્ધિ માટે અનુકૂળ છે.
એચિંગ પ્રક્રિયા: વેટ એચિંગમાં, વિવિધ સ્ફટિક પ્લેનનો એચિંગ દર અલગ અલગ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોનના (100) અને (111) પ્લેન પર એચિંગ દર અલગ અલગ હોય છે, જેના પરિણામે એનિસોટ્રોપિક એચિંગ અસરો થાય છે.
ઉપકરણ લાક્ષણિકતાઓ: MOSFET ઉપકરણોમાં ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા ક્રિસ્ટલ પ્લેનથી પ્રભાવિત થાય છે. સામાન્ય રીતે, (100) પ્લેન પર ગતિશીલતા વધુ હોય છે, તેથી જ આધુનિક સિલિકોન-આધારિત MOSFET મુખ્યત્વે (100) વેફર્સનો ઉપયોગ કરે છે.
સારાંશમાં, ક્રિસ્ટલોગ્રાફીમાં સ્ફટિકોની રચનાનું વર્ણન કરવા માટે સ્ફટિક પ્લેન અને સ્ફટિક ઓરિએન્ટેશન બે મૂળભૂત રીતો છે. સ્ફટિક ઓરિએન્ટેશન સ્ફટિકની અંદર દિશાત્મક ગુણધર્મોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જ્યારે સ્ફટિક પ્લેન સ્ફટિકની અંદર ચોક્કસ પ્લેનનું વર્ણન કરે છે. આ બે ખ્યાલો સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં નજીકથી સંબંધિત છે. સ્ફટિક પ્લેનની પસંદગી સીધી સામગ્રીના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોને અસર કરે છે, જ્યારે સ્ફટિક ઓરિએન્ટેશન સ્ફટિક વૃદ્ધિ અને પ્રક્રિયા તકનીકોને પ્રભાવિત કરે છે. સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા અને ઉપકરણ પ્રદર્શન સુધારવા માટે સ્ફટિક પ્લેન અને ઓરિએન્ટેશન વચ્ચેના સંબંધને સમજવું મહત્વપૂર્ણ છે.
પોસ્ટ સમય: ઓક્ટોબર-૦૮-૨૦૨૪