Antecedents de recerca
Importància de l'aplicació del carbur de silici (SiC): com a material semiconductor de banda ampla, el carbur de silici ha cridat molta atenció a causa de les seves excel·lents propietats elèctriques (com ara una banda buida més gran, una velocitat de saturació d'electrons més alta i una conductivitat tèrmica). Aquestes propietats fan que sigui àmpliament utilitzat en la fabricació de dispositius d'alta freqüència, alta temperatura i alta potència, especialment en el camp de l'electrònica de potència.
Influència dels defectes dels cristalls: malgrat aquests avantatges del SiC, els defectes dels cristalls segueixen sent un problema important que dificulta el desenvolupament de dispositius d'alt rendiment. Aquests defectes poden provocar una degradació del rendiment del dispositiu i afectar la fiabilitat del dispositiu.
Tecnologia d'imatge topològica de raigs X: per optimitzar el creixement dels cristalls i comprendre l'impacte dels defectes en el rendiment del dispositiu, és necessari caracteritzar i analitzar la configuració dels defectes en cristalls de SiC. La imatge topològica de raigs X (especialment utilitzant feixos de radiació de sincrotró) s'ha convertit en una tècnica de caracterització important que pot produir imatges d'alta resolució de l'estructura interna del cristall.
Idees de recerca
Basat en la tecnologia de simulació de traçat de raigs: l'article proposa l'ús de la tecnologia de simulació de traçat de raigs basat en el mecanisme de contrast d'orientació per simular el contrast de defecte observat en imatges topològiques de raigs X reals. S'ha demostrat que aquest mètode és una manera eficaç d'estudiar les propietats dels defectes del cristall en diversos semiconductors.
Millora de la tecnologia de simulació: per tal de simular millor les diferents dislocacions observades en els cristalls de 4H-SiC i 6H-SiC, els investigadors van millorar la tecnologia de simulació de traçat de raigs i van incorporar els efectes de la relaxació superficial i l'absorció fotoelèctrica.
Continguts de recerca
Anàlisi del tipus de luxació: l'article revisa sistemàticament la caracterització de diferents tipus de luxacions (com ara luxacions de cargol, luxacions de vora, luxacions mixtes, luxacions del pla basal i luxacions de tipus Frank) en diferents politips de SiC (inclosos 4H i 6H) mitjançant el traçat de raigs. tecnologia de simulació.
Aplicació de la tecnologia de simulació: s'estudia l'aplicació de la tecnologia de simulació de traçat de raigs en diferents condicions de feix, com ara la topologia de feix feble i la topologia d'ona plana, així com com determinar la profunditat de penetració efectiva de les dislocacions mitjançant la tecnologia de simulació.
Combinació d'experiments i simulacions: En comparar les imatges topològiques de raigs X obtingudes experimentalment amb les imatges simulades, es verifica la precisió de la tecnologia de simulació per determinar el tipus de dislocació, el vector Burgers i la distribució espacial de les dislocacions en el cristall.
Conclusions de la recerca
Eficàcia de la tecnologia de simulació: l'estudi mostra que la tecnologia de simulació de traçat de raigs és un mètode senzill, no destructiu i inequívoc per revelar les propietats de diferents tipus de dislocacions en SiC i pot estimar eficaçment la profunditat de penetració efectiva de les dislocacions.
Anàlisi de la configuració de la dislocació 3D: mitjançant la tecnologia de simulació, es pot realitzar una anàlisi de la configuració de la dislocació 3D i la mesura de la densitat, la qual cosa és crucial per entendre el comportament i l'evolució de les dislocacions durant el creixement dels cristalls.
Aplicacions futures: s'espera que la tecnologia de simulació de traçat de raigs s'apliqui més a la topologia d'alta energia, així com a la topologia de raigs X basada en laboratori. A més, aquesta tecnologia també es pot estendre a la simulació de característiques de defecte d'altres politips (com el 15R-SiC) o altres materials semiconductors.
Visió general de la figura
Fig. 1: Diagrama esquemàtic de la configuració d'imatge topològica de raigs X de radiació de sincrotró, inclosa la geometria de transmissió (Laue), la geometria de reflexió inversa (Bragg) i la geometria d'incidència de pastura. Aquestes geometries s'utilitzen principalment per gravar imatges topològiques de raigs X.
Fig. 2: Diagrama esquemàtic de la difracció de raigs X de la zona distorsionada al voltant de la dislocació del cargol. Aquesta figura explica la relació entre el feix incident (s0) i el feix difractat (sg) amb la normal del pla de difracció local (n) i l'angle de Bragg local (θB).
Fig. 3: Imatges de topografia de raigs X de retroreflexió de microtubes (MP) en una hòstia 6H–SiC i el contrast d'una dislocació simulada del cargol (b = 6c) en les mateixes condicions de difracció.
Fig. 4: Parells de microtubes en una imatge de topografia de retroreflexió d'una hòstia 6H–SiC. Les imatges dels mateixos MP amb diferents espais i MP en direccions oposades es mostren mitjançant simulacions de traçat de raigs.
Fig. 5: Es mostren imatges de topografia de raigs X d'incidència de pastura de dislocacions de cargol de nucli tancat (TSD) en una hòstia 4H-SiC. Les imatges mostren un contrast de vora millorat.
Fig. 6: Simulacions de traçat de raigs d'incidència de pastura es mostren imatges de topografia de raigs X de TSD 1c d'esquerra i dreta en una hòstia 4H–SiC.
Fig. 7: Es mostren simulacions de traçat de raigs de TSD en 4H–SiC i 6H–SiC, mostrant dislocacions amb diferents vectors i politips de Burgers.
Fig. 8: Mostra les imatges topològiques de raigs X d'incidència de pastura de diferents tipus de dislocacions de la vora de rosca (TED) en hòsties de 4H-SiC, i les imatges topològiques TED simulades mitjançant el mètode de traçat de raigs.
Fig. 9: Mostra les imatges topològiques de retroreflexió de raigs X de diversos tipus de TED en hòsties de 4H-SiC i el contrast TED simulat.
Fig. 10: Mostra les imatges de simulació de traçat de raigs de dislocacions de fil mixt (TMD) amb vectors específics de Burgers, i les imatges topològiques experimentals.
Fig. 11: Mostra les imatges topològiques de retroreflexió de les dislocacions del pla basal (BPD) en hòsties de 4H-SiC i el diagrama esquemàtic de la formació de contrast de dislocació de vora simulada.
Fig. 12: Mostra les imatges de simulació de traçat de raigs de BPD helicoïdals a la dreta a diferents profunditats tenint en compte els efectes de relaxació superficial i d'absorció fotoelèctrica.
Fig. 13: Mostra les imatges de simulació de traçat de raigs de BPD helicoïdals a la dreta a diferents profunditats, i les imatges topològiques de raigs X d'incidència de pastura.
Fig. 14: Mostra el diagrama esquemàtic de les dislocacions del pla basal en qualsevol direcció en hòsties de 4H-SiC i com es determina la profunditat de penetració mesurant la longitud de projecció.
Fig. 15: El contrast de BPD amb diferents vectors Burgers i direccions de línia en les imatges topològiques de raigs X d'incidència de pastura, i els resultats corresponents de la simulació de traçat de raigs.
Fig. 16: Es mostra la imatge de simulació de traçat de raigs de la TSD desviada a la dreta a l'hòstia 4H-SiC i la imatge topològica de raigs X d'incidència de pastura.
Fig. 17: Es mostren la simulació de traçat de raigs i la imatge experimental de la TSD desviada a l'hòstia 4H-SiC amb desplaçament de 8°.
Fig. 18: Es mostren les imatges de simulació de traçat de raigs dels TSD i TMD desviats amb diferents vectors Burgers però amb la mateixa direcció de línia.
Fig. 19: Es mostra la imatge de simulació de traçat de raigs de luxacions de tipus Frank i la corresponent imatge topològica de raigs X d'incidència de pastura.
Fig. 20: Es mostren la imatge topològica de raigs X del feix blanc transmès de la microtuba a l'hòstia 6H-SiC i la imatge de simulació de traçat de raigs.
Fig. 21: Es mostra la imatge topològica de raigs X monocromàtica d'incidència de pastura de la mostra tallada axialment de 6H-SiC i la imatge de simulació de traçat de raigs dels BPD.
Fig. 22: mostra les imatges de simulació de traçat de raigs de BPD en mostres tallades axialment 6H-SiC a diferents angles d'incidència.
Fig. 23: mostra les imatges de simulació de traçat de raigs de TED, TSD i TMD en mostres de tall axial 6H-SiC sota geometria d'incidència de pastura.
Fig. 24: mostra les imatges topològiques de raigs X de TSD desviades a diferents costats de la línia isoclínica a l'hòstia 4H-SiC, i les imatges de simulació de traçat de raigs corresponents.
Aquest article només és per compartir acadèmics. Si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-la.
Hora de publicació: 18-juny-2024