硅晶體，由于其優(yōu)異的各項性能，以及其易于加工的各向參數(shù)，被稱作是21世紀(jì)最為重要的材料之一，硅的物理性能如表1所示。

表1

影響硅的重要因素之一是硅的半導(dǎo)體性質(zhì)。硅，按分類來說，是一種元素半導(dǎo)體；硅有四個價電子，與其它元素一起位于周期表中的ⅣA，其價層電子的數(shù)目使它正好位于優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體(1個價電子)和絕緣體(8個價電子)的中間，故是良好的半導(dǎo)體。

晶硅的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相同，是典型的面心立方晶胞結(jié)構(gòu)，其最小單元是由五個原子構(gòu)成的一個正四面體(見圖1右)。正四面體的每個頂角原子,又為相鄰四個四面體所共有,這樣由許多個結(jié)構(gòu)最小單元構(gòu)成單位晶胞。這里，每個硅原子均有4個等距離（0.117nm）的最近鄰原子，全部按共價鍵結(jié)合，符合 8-N規(guī)則（N為原子的價電子數(shù)）。由于位于不同面心立方晶格上相鄰原子在空間取向方位不同，所以這些原子的物理特性各不相同。其晶體結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜的面心立方結(jié)構(gòu)。晶體的物理性質(zhì)隨方向不同而有所不同，此即晶體的各向異性（anisotropy）；單晶硅也是如此，整個晶體可以看成是以晶胞為單位，沿立方體三個邊的方向周期重復(fù)排列構(gòu)成。

圖1

由于晶體的微觀各向異性，故硅晶體中不同晶面上原子的分布情況是不相同的。圖2分別為單晶硅各常見晶面的原子排列示意圖和單晶硅各常見晶面的成鍵情況。

圖2

其中，單晶硅中（111）晶面的硅原子密度最大，而且（111）晶面上的一個硅原子與次表面的三個硅原子形成三個共價鍵，（100）晶面的硅原子密度次之，而且（100）晶面上的一個硅原子與次表面的兩個硅原子形成兩個共價鍵；（110）晶面的原子密度最小，而且（110）晶面上的一個硅原子與其次表面上的一個硅原子形成一個共價鍵，同時與表面原子形成兩個共價鍵。

    除了我們經(jīng)常關(guān)注的三個主要面外，硅晶體中還有一些晶面，如圖3所示，例如，（112）、（311）、（114）等。其中，晶面的 Miller指數(shù)往往也會對硅晶體的加工產(chǎn)生影響。其中高指數(shù)面根據(jù)晶體的晶面間距來進行定義，低指數(shù)的面間距大，高指數(shù)的晶面間距則較??；晶面間距越大，則該晶面上原子排列越緊密，而晶面間距較小的晶面，原子排列越稀疏，晶面間距的計算公式如下式：

圖3

除了考慮不同晶面的情況外，往往還需要考慮晶面間夾角，例如，硅的倒金子塔腐蝕，則是利用（111）面與（100）面的54.74°晶面夾角，下面給出了晶面間夾角的計算公式為：

硅的晶體結(jié)構(gòu)是影響加工的物理基礎(chǔ)，對于硅晶體結(jié)構(gòu)的深入理解將會對生產(chǎn)有促進作用。