Antecedentes de investigación
Importancia da aplicación do carburo de silicio (SiC): como material semicondutor de banda ampla, o carburo de silicio chamou moita atención debido ás súas excelentes propiedades eléctricas (como unha maior banda prohibida, maior velocidade de saturación de electróns e condutividade térmica). Estas propiedades fan que sexa amplamente utilizado na fabricación de dispositivos de alta frecuencia, alta temperatura e alta potencia, especialmente no campo da electrónica de potencia.
Influencia dos defectos dos cristais: a pesar destas vantaxes do SiC, os defectos dos cristais seguen sendo un problema importante que dificulta o desenvolvemento de dispositivos de alto rendemento. Estes defectos poden causar unha degradación do rendemento do dispositivo e afectar á súa fiabilidade.
Tecnoloxía de imaxe topolóxica de raios X: para optimizar o crecemento dos cristais e comprender o impacto dos defectos no rendemento do dispositivo, é necesario caracterizar e analizar a configuración de defectos nos cristais de SiC. As imaxes topolóxicas de raios X (especialmente usando feixes de radiación de sincrotrón) convertéronse nunha importante técnica de caracterización que pode producir imaxes de alta resolución da estrutura interna do cristal.
Ideas de investigación
Baseado na tecnoloxía de simulación de trazado de raios: o artigo propón o uso da tecnoloxía de simulación de trazado de raios baseado no mecanismo de contraste de orientación para simular o contraste de defectos observado en imaxes topolóxicas de raios X reais. Este método demostrou ser un xeito eficaz de estudar as propiedades dos defectos dos cristais en varios semicondutores.
Mellora da tecnoloxía de simulación: para simular mellor as diferentes luxacións observadas nos cristais de 4H-SiC e 6H-SiC, os investigadores melloraron a tecnoloxía de simulación de trazado de raios e incorporaron os efectos da relaxación superficial e da absorción fotoeléctrica.
Contidos de investigación
Análise do tipo de luxación: o artigo revisa sistemáticamente a caracterización de diferentes tipos de luxacións (como luxacións de parafuso, luxacións de bordo, luxacións mixtas, luxacións do plano basal e luxacións tipo Frank) en diferentes politipos de SiC (incluíndo 4H e 6H) mediante trazado de raios. tecnoloxía de simulación.
Aplicación da tecnoloxía de simulación: estúdase a aplicación da tecnoloxía de simulación de trazado de raios en diferentes condicións de feixe, como a topoloxía de feixe débil e a topoloxía de onda plana, así como a forma de determinar a profundidade de penetración efectiva das dislocacións mediante a tecnoloxía de simulación.
Combinación de experimentos e simulacións: Ao comparar as imaxes topolóxicas de raios X obtidas experimentalmente coas imaxes simuladas, verifícase a precisión da tecnoloxía de simulación para determinar o tipo de luxación, o vector de Burgers e a distribución espacial das dislocacións no cristal.
Conclusións da investigación
Eficacia da tecnoloxía de simulación: o estudo mostra que a tecnoloxía de simulación de trazado de raios é un método sinxelo, non destrutivo e inequívoco para revelar as propiedades de diferentes tipos de luxacións en SiC e pode estimar eficazmente a profundidade de penetración efectiva das dislocacións.
Análise da configuración de luxación 3D: mediante a tecnoloxía de simulación, pódense realizar análises de configuración de luxación en 3D e medir a densidade, o que é fundamental para comprender o comportamento e a evolución das dislocacións durante o crecemento dos cristais.
Aplicacións futuras: espérase que a tecnoloxía de simulación de trazado de raios se aplique aínda máis á topoloxía de alta enerxía, así como á topoloxía de raios X baseada no laboratorio. Ademais, esta tecnoloxía tamén se pode estender á simulación de características de defecto doutros politipos (como 15R-SiC) ou doutros materiais semicondutores.
Visión xeral da figura
Figura 1: Diagrama esquemático da configuración de imaxes topolóxicas de raios X de radiación de sincrotrón, incluíndo xeometría de transmisión (Laue), xeometría de reflexión inversa (Bragg) e xeometría de incidencia de rasante. Estas xeometrías utilízanse principalmente para gravar imaxes topolóxicas de raios X.
Fig. 2: Diagrama esquemático da difracción de raios X da zona distorsionada arredor da dislocación do parafuso. Esta figura explica a relación entre o feixe incidente (s0) e o feixe difractado (sg) coa normal do plano de difracción local (n) e o ángulo de Bragg local (θB).
Fig. 3: Imaxes de topografía de raios X de retroreflexión de microtubos (MP) nunha oblea de 6H-SiC e contraste dunha dislocación simulada de parafuso (b = 6c) nas mesmas condicións de difracción.
Fig. 4: Pares de microtubos nunha imaxe de topografía de retro-reflexión dunha oblea 6H–SiC. As imaxes dos mesmos MP con diferentes espazos e MP en direccións opostas móstranse mediante simulacións de trazado de raios.
Figura 5: móstranse imaxes de topografía de raios X de incidencia de pastoreo de dislocacións de parafuso de núcleo pechado (TSD) nunha oblea 4H-SiC. As imaxes mostran un contraste de bordo mellorado.
Fig. 6: Simulacións de trazado de raios de incidencia de pastoreo móstranse imaxes de topografía de raios X de TSD 1c zurdos e destros nunha oblea 4H-SiC.
Figura 7: móstranse simulacións de trazado de raios de TSD en 4H–SiC e 6H–SiC, mostrando dislocacións con diferentes vectores e politipos de Burgers.
Fig. 8: Mostra as imaxes topolóxicas de raios X de incidencia de pastoreo de diferentes tipos de dislocacións dos bordos de rosca (TED) en obleas 4H-SiC e as imaxes topolóxicas TED simuladas mediante o método de trazado de raios.
Fig. 9: Mostra as imaxes topolóxicas de retroreflexión de raios X de varios tipos de TED en obleas 4H-SiC e o contraste TED simulado.
Fig. 10: Mostra as imaxes de simulación de trazado de raios de dislocacións de fíos mixtos (TMD) con vectores específicos de Burgers, e as imaxes topolóxicas experimentais.
Fig. 11: Mostra as imaxes topolóxicas de retro-reflexión das dislocacións do plano basal (BPD) en obleas 4H-SiC e o diagrama esquemático da formación de contraste de luxación de bordo simulada.
Fig. 12: Mostra as imaxes de simulación de trazado de raios de BPD helicoidais destros a diferentes profundidades tendo en conta os efectos de relaxación superficial e de absorción fotoeléctrica.
Fig. 13: Mostra as imaxes de simulación de trazado de raios dos BPD helicoidais destros a diferentes profundidades e as imaxes topolóxicas de raios X de incidencia de rasante.
Figura 14: Mostra o diagrama esquemático das dislocacións do plano basal en calquera dirección en obleas 4H-SiC, e como determinar a profundidade de penetración medindo a lonxitude de proxección.
Fig. 15: O contraste dos BPD con diferentes vectores e direccións de liñas de Burgers nas imaxes topolóxicas de raios X de incidencia de pastoreo, e os resultados da simulación de trazado de raios correspondentes.
Fig. 16: móstranse a imaxe de simulación de trazado de raios do TSD desviado á dereita na oblea 4H-SiC e a imaxe topolóxica de raios X de incidencia de rasante.
Fig. 17: Móstrase a simulación de trazado de raios e a imaxe experimental do TSD desviado na oblea 4H-SiC con desfase de 8°.
Fig. 18: móstranse as imaxes de simulación de trazado de raios das TSD e TMD desviadas con diferentes vectores Burgers pero a mesma dirección de liña.
Fig. 19: Móstrase a imaxe de simulación de trazado de raios de luxacións tipo Frank e a correspondente imaxe topolóxica de raios X de incidencia de pastoreo.
Fig. 20: móstranse a imaxe topolóxica de raios X de feixe branco transmitido do microtubo na oblea 6H-SiC e a imaxe de simulación de trazado de raios.
Fig. 21: móstranse a imaxe topolóxica de raios X monocromática de incidencia de pastoreo da mostra cortada axialmente de 6H-SiC e a imaxe de simulación de trazado de raios dos BPD.
Fig. 22: mostra as imaxes de simulación de trazado de raios de BPD en mostras cortadas axialmente 6H-SiC en diferentes ángulos de incidencia.
Fig. 23: mostra as imaxes de simulación de trazado de raios de TED, TSD e TMD en mostras cortadas axialmente 6H-SiC baixo xeometría de incidencia de pastoreo.
Fig. 24: mostra as imaxes topolóxicas de raios X de TSD desviadas en diferentes lados da liña isoclínica na oblea 4H-SiC, e as correspondentes imaxes de simulación de trazado de raios.
Este artigo é só para compartir académica. Se hai algunha infracción, póñase en contacto connosco para eliminala.
Hora de publicación: 18-Xun-2024