Mae silicon (SI) yn ddeunydd craidd yn y diwydiant lled -ddargludyddion, ac mae ei dechnoleg brosesu yn hanfodol i ddatblygiad microelectroneg a systemau microelectromecanyddol (MEMS). Wrth brosesu silicon, mae technoleg ysgythru yn un o'r camau allweddol i gyflawni strwythurau micro-nano cymhleth. Fodd bynnag, nid yw cyfradd ysgythru silicon yn unffurf, ond yn ddibynnol iawn ar gyfeiriadedd y grisial (cyfeiriad grisial). Mae'r ddibyniaeth cyfeiriadedd grisial hon yn ganlyniad uniongyrchol i'r gwahaniaethau yn nwysedd trefniant a chyfeiriadedd bond cemegol atomau silicon ar wahanol awyrennau grisial. Bydd yr erthygl hon yn trafod yn fanwl y berthynas rhwng cyfradd ysgythru silicon a chyfeiriadedd grisial, ac yn dadansoddi ei chymhwysiad ymarferol wrth brosesu micro-nano.
Strwythur grisial silicon a chyfeiriadedd grisial
Mae silicon yn grisial gyda strwythur diemwnt, ac mae ei drefniant atomig yn dangos gwahaniaethau sylweddol ar wahanol awyrennau grisial. Mae awyrennau crisial cyffredin yn cynnwys (100), (110) a (111) awyrennau.
(100) Plane Crystal: Mae'r trefniant atomig yn gymharol rhydd, ac mae'r bondiau cemegol yn fwy agored.
(110) Plane Crystal: Mae'r dwysedd atomig rhwng (100) a (111).
(111) Plane Crystal: Y trefniant atomig yw'r mwyaf cryno, ac mae'n anodd ymosod ar y bondiau cemegol gan yr etchant.
Mae'r gwahaniaethau yn nhrefniant atomig yr awyrennau grisial hyn yn effeithio'n uniongyrchol ar y gyfradd ysgythru, gan wneud i ymddygiad ysgythru gwahanol awyrennau crisial ddangos anisotropi sylweddol.
Dibyniaeth cyfeiriadedd grisial mewn ysgythriad gwlyb
Mae ysgythriad gwlyb yn un o'r technegau a ddefnyddir yn gyffredin wrth brosesu silicon, yn enwedig mewn ysgythriad anisotropig. Mae enni a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys toddiannau alcalïaidd fel KOH (potasiwm hydrocsid) a TMAH (tetramethylammonium hydrocsid). Mae cyfraddau ysgythru gwahanol awyrennau grisial yn amrywio'n sylweddol:
(100) Plane Crystal: Oherwydd trefniant rhydd atomau, y gyfradd ysgythru yw'r cyflymaf.
(110) Plane Crystal: Mae'r gyfradd ysgythru yn gyflymach, ond ychydig yn is na'r awyren (100).
(111) Plane Crystal: Oherwydd trefniant agos atomau, y gyfradd ysgythru yw'r arafaf
Er enghraifft, mewn toddiant KOH, mae'r gymhareb cyfradd ysgythru fel arfer (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Mae'r eiddo anisotropig hwn yn galluogi ysgythru gwlyb i reoli'r morffoleg strwythur ar wafferi silicon yn union.
Dibyniaeth cyfeiriadedd grisial mewn ysgythriad sych
Mae ysgythriad sych (fel ysgythriad plasma ac ysgythriad ïon adweithiol dwfn) fel arfer yn arddangos anisotropi cryfach, ond mae ei ddibyniaeth cyfeiriadedd grisial yn wannach. Mae ysgythru sych yn cyflawni tynnu deunydd yn bennaf trwy gyfuno bomio corfforol ac adwaith cemegol, felly mae dylanwad cyfeiriadedd grisial yn cael ei adlewyrchu'n bennaf wrth reoli morffoleg sidewall.
Ffactorau allweddol sy'n effeithio ar gyfradd ysgythru silicon
Yn ogystal â chyfeiriadedd grisial, mae'r ffactorau canlynol hefyd yn effeithio ar gyfradd ysgythru silicon:
Tymheredd: Yn gyffredinol, mae'r tymheredd cynyddol yn cyflymu'r adwaith ysgythru, ond mae'r gymhareb cyfraddau ysgythru ar gyfer pob awyren grisial yn parhau i fod yn gymharol sefydlog.
Crynodiad Etchant: Gall crynodiadau uchel o ysgythriadau (fel KOH) wella anisotropi, tra gall crynodiadau isel leihau detholusrwydd.
Crynodiad Dopio: Gellir lleihau cyfradd ysgythru silicon wedi'i dopio'n drwm (fel p ++) yn sylweddol, a gellir cyflawni stop electrocemegol hyd yn oed.
