Фон дослідження
Важливість застосування карбіду кремнію (SiC): як широкозонний напівпровідниковий матеріал, карбід кремнію привернув велику увагу завдяки своїм чудовим електричним властивостям (таким як більша заборонена зона, вища швидкість насичення електронів і теплопровідність). Завдяки цим властивостям він широко використовується у виробництві високочастотних, високотемпературних і потужних пристроїв, особливо в галузі силової електроніки.
Вплив кристалічних дефектів: незважаючи на ці переваги SiC, дефекти в кристалах залишаються основною проблемою, яка перешкоджає розробці високопродуктивних пристроїв. Ці дефекти можуть призвести до погіршення продуктивності пристрою та вплинути на його надійність.
Технологія рентгенівського топологічного зображення: щоб оптимізувати ріст кристалів і зрозуміти вплив дефектів на продуктивність пристрою, необхідно охарактеризувати та проаналізувати конфігурацію дефектів у кристалах SiC. Рентгенівське топологічне зображення (особливо з використанням пучків синхротронного випромінювання) стало важливим методом визначення характеристик, який може створювати зображення внутрішньої структури кристала з високою роздільною здатністю.
Дослідницькі ідеї
На основі технології моделювання трасування променів: у статті пропонується використовувати технологію моделювання трасування променів на основі механізму орієнтаційного контрасту для моделювання контрасту дефектів, що спостерігається на реальних рентгенівських топологічних зображеннях. Цей метод доведено як ефективний спосіб дослідження властивостей кристалічних дефектів у різних напівпровідниках.
Удосконалення технології моделювання: щоб краще моделювати різні дислокації, що спостерігаються в кристалах 4H-SiC і 6H-SiC, дослідники вдосконалили технологію моделювання трасування променів і включили ефекти поверхневої релаксації та фотоелектричного поглинання.
Зміст дослідження
Аналіз типу дислокації: у статті систематично розглядається характеристика різних типів дислокацій (таких як гвинтові дислокації, крайові дислокації, змішані дислокації, дислокації в базальній площині та дислокації типу Франка) у різних політипах SiC (включаючи 4H і 6H) за допомогою трасування променів. технологія моделювання.
Застосування технології моделювання: Вивчається застосування технології моделювання трасування променів за різних умов пучка, таких як топологія слабкого променя та топологія плоскої хвилі, а також як визначити ефективну глибину проникнення дислокацій за допомогою технології моделювання.
Поєднання експериментів і симуляції: шляхом порівняння експериментально отриманих рентгенівських топологічних зображень із змодельованими зображеннями перевіряється точність технології моделювання у визначенні типу дислокації, вектора Бюргерса та просторового розподілу дислокацій у кристалі.
Висновки дослідження
Ефективність технології моделювання: дослідження показує, що технологія моделювання трасування променів є простим, неруйнівним і однозначним методом виявлення властивостей різних типів дислокацій у SiC і може ефективно оцінити ефективну глибину проникнення дислокацій.
3D-аналіз конфігурації дислокації: за допомогою технології моделювання можна виконати 3D-аналіз конфігурації дислокації та вимірювання щільності, що має вирішальне значення для розуміння поведінки та еволюції дислокацій під час росту кристала.
Майбутні застосування. Очікується, що технологія моделювання трасування променів буде застосовуватися до високоенергетичної топології, а також до лабораторної рентгенівської топології. Крім того, ця технологія також може бути розширена для моделювання характеристик дефектів інших політипів (таких як 15R-SiC) або інших напівпровідникових матеріалів.
Малюнок Огляд
Рис. 1: Схематична діаграма установки рентгенівського топологічного зображення синхротронного випромінювання, включаючи геометрію пропускання (Лауе), геометрію зворотного відбиття (Брегга) та геометрію падіння. Ці геометрії в основному використовуються для запису рентгенівських топологічних зображень.
Рис. 2: Схематична діаграма рентгенівської дифракції викривленої області навколо гвинтової дислокації. Цей малюнок пояснює взаємозв’язок між падаючим променем (s0) і дифрагованим променем (sg) із локальною нормаллю площини дифракції (n) і локальним кутом Брегга (θB).
Рис. 3: Зображення рентгенівської топографії зі зворотним відображенням мікротрубок (MP) на пластині 6H–SiC і контраст моделювання гвинтової дислокації (b = 6c) за тих самих умов дифракції.
Рис. 4: Пари мікротрубок на зображенні топографії пластини 6H–SiC із зворотним відбиттям. Зображення одних і тих самих MP з різними відстанями та MP в протилежних напрямках показані за допомогою моделювання трасування променів.
Рис. 5: Показано рентгенівські топографічні зображення гвинтових дислокацій із закритим ядром (TSD) на пластині 4H–SiC. Зображення демонструють посилений контраст країв.
Рис. 6: Показано моделювання трасування променів рентгенівських топографічних зображень лівого та правого 1c TSD на пластині 4H–SiC.
Рис. 7: Показано моделювання трасування променів TSD в 4H–SiC та 6H–SiC, що показує дислокації з різними векторами та політипами Бюргерса.
Рис. 8: показані рентгенівські топологічні зображення падіння на поверхні різних типів різьбових крайових дислокацій (TED) на пластинах 4H-SiC, а також топологічні зображення TED, змодельовані за допомогою методу трасування променів.
Рис. 9: показано рентгенівські рентгенівські топологічні зображення зі зворотним відображенням різних типів TED на пластинах 4H-SiC і змодельований контраст TED.
Рис. 10: показано моделювання зображень трасування променів змішаних потокових дислокацій (TMD) із специфічними векторами Бюргерса та експериментальні топологічні зображення.
Рис. 11: Показано топологічні зображення дислокацій у базальній площині (BPD) із зворотним відображенням на пластинах 4H-SiC і схематичну діаграму змодельованого формування контрасту крайових дислокацій.
Рис. 12: показано моделювання зображень трасування променів правосторонніх спіральних BPD на різних глибинах з урахуванням ефектів поверхневої релаксації та фотоелектричного поглинання.
Рис. 13: показано моделювання зображень трасування променів правобічних спіральних BPD на різних глибинах і топологічні рентгенівські зображення падіння.
Рис. 14: показано схематичну діаграму дислокацій у базальній площині в будь-якому напрямку на пластинах 4H-SiC і те, як визначити глибину проникнення шляхом вимірювання довжини проекції.
Рис. 15: Контраст BPD з різними векторами Бюргерса та напрямками ліній на рентгенівських топологічних зображеннях падіння скосу та відповідні результати моделювання трасування променів.
Рис. 16: Показано моделювання трасування променів правого відхиленого TSD на пластині 4H-SiC і рентгенівське топологічне зображення падіння.
Рис. 17: Показано моделювання трасування променів та експериментальне зображення відхиленого TSD на пластині 4H-SiC зі зміщенням 8°.
Рис. 18: Показано моделювання зображень трасування променів відхилених TSD і TMD з різними векторами Бюргерса, але однаковим напрямком лінії.
Рис. 19: Показано зображення моделювання трасування променів дислокацій типу Франка та відповідне рентгенівське топологічне зображення падіння скосу.
Рис. 20: Показано рентгенівське топологічне зображення мікротрубки на пластині 6H-SiC, отримане білим променем, і моделювання трасування променів.
Рис. 21: Показано монохроматичне рентгенівське топологічне зображення аксіально розрізаного зразка 6H-SiC, а також моделювання трасування променів BPD.
Рис. 22: показано моделювання зображень трасування променів BPD у зразках 6H-SiC, вирізаних по осі, під різними кутами падіння.
Рис. 23: показано моделювання зображень трасування променів TED, TSD і TMD у зразках 6H-SiC, розрізаних по осі, за геометрії падіння.
Рис. 24: показано рентгенівські топологічні зображення відхилених TSD по різні боки ізоклінічної лінії на пластині 4H-SiC і відповідні зображення моделювання трасування променів.
Ця стаття призначена лише для академічного обміну. Якщо є порушення, зв’яжіться з нами, щоб видалити його.
Час публікації: 18 червня 2024 р