A caracterização das lâminas consiste na escolha do tipo de lâmina a utilizar (N ou P), orientação e resistividade.

Para obter estes dados é necessária a remoção do óxido nativo da lâmina com um mergulho numa solução 1:10 de HF com H₂O deionizada. Feito isto, as lâminas estarão prontas para a verificação sobre sua escolha (tipo), onde é realizado teste de ponta quente, seguido de respectivas medidas de espessura e resistividade feitas com o método das quatro pontas.

Figura 1: Teste feito com ponta quente

Figura 2: Medidas feitas com o método das quatro pontas

A figura 2 apresenta o método das quatro pontas, onde as ponteiras externas forçam a corrente, enquanto as ponteiras internas medem a queda de tensão.

O tipo de dopante presente na lâmina pode ser determinado com o sistema de ponta-quente ou pela visualização do formato do substrato, conforme figura 3.

Figura 3: Lâminas com os tipos de dopantes e as orientações cristalográficas de substratos em Si, vistos de cima

Em lâminas tipo N executa-se o processo pMOS, enquanto em tipo P, o nMOS, pois o canal de modo enriquecimento ou depleção do transistor MOS é formado por portadores minoritários presentes no substrato (lâmina).

A escolha do tipo de substrato (N ou P) é feita devido a diferença existente entre a taxa de oxidação do substrato e na densidade de defeitos no óxido de silício crescido sobre a lâmina, que originam centros de armadilhamento de cargas no isolante. Estas cargas podem responder de forma indesejável ao campo elétrico aplicado ao dispositivo, reduzindo seu desempenho.

Por este motivo, observou-se que as lâminas <1,0,0> apresentam menos defeitos nos óxidos quando comparados os resultados obtidos das lâminas <1,1,1>.

Rs = 4,53 * V / I (resistência de folha = 4,53 * Tensão / Corrente)

r = Rs * t (resistividade = resistência de folha * espessura)

Durante as medidas, verificou-se o seguinte: lâminas tipo n <1,0,0> possuem resistividade entre 4 e 9 ohm-cm e lâminas tipo p <1,0,0> possuem resistividade entre 11 e 22 ohm-cm.

Assim, dispositivos nMOS apresentam mobilidade maior que os pMOS pois a mobilidade de elétrons é cerca de três vezes maior que a de lacunas.

As lâminas <1,1,1> ou <1,0,0> em silício, são amplamente utilizadas em processos de microfabricação (devido as propriedades mencionadas) em comparação as demais lâminas com outras orientações possíveis e existentes. No Centro de Componentes Semiconduroes (CCS/UNICAMP) são utilizadas as lâminas com orientação <1,0,0> conforme mostrado nas etapas seguintes.

Estrutura Cristalina

Nos materiais cristalinos, os átomos estão arranjados espacialmente de forma periódica. Uma célula básica unitária pode ser definida por sua repetição tridimensional. Uma terminologia padrão é usada para descrever as direções dos cristais e seus respectivos planos.

Um sistema de coordenadas xyz define as direções dos cristais.

Figura 4: Célula unitária em cubo simples

Já os planos mostrados a seguir são obtidos pela descrição dos índices de Miller. Os planos cristalinos são mostrados no sentido das setas mais escuras, ilustrando as direções cristalinas [hkl]. Observe também que os planos [hkl] são perpendiculares ao plano (hkl) apontado pela seta escura.

Figura 5: Planos cristalinos [hkl], são as orientações (1,0,0), (1,1,0) e (1,1,1).

A estrutura de diamante do silício pode ser observada na figura a seguir:

Figura 4: Estrutura cristalina do Silício