Forskningsbakgrunn
Anvendelsesviktighet for silisiumkarbid (SiC): Som et halvledermateriale med bred båndgap har silisiumkarbid tiltrukket seg mye oppmerksomhet på grunn av dets utmerkede elektriske egenskaper (som større båndgap, høyere elektronmetningshastighet og termisk ledningsevne). Disse egenskapene gjør den mye brukt i produksjon av høyfrekvente, høye temperaturer og høyeffektsenheter, spesielt innen kraftelektronikk.
Påvirkning av krystalldefekter: Til tross for disse fordelene med SiC, er defekter i krystaller fortsatt et stort problem som hindrer utviklingen av høyytelsesenheter. Disse defektene kan forårsake forringelse av enhetens ytelse og påvirke enhetens pålitelighet.
Røntgentopologisk bildeteknologi: For å optimalisere krystallvekst og forstå virkningen av defekter på enhetens ytelse, er det nødvendig å karakterisere og analysere defektkonfigurasjonen i SiC-krystaller. Røntgentopologisk avbildning (spesielt ved bruk av synkrotronstrålingsstråler) har blitt en viktig karakteriseringsteknikk som kan produsere høyoppløselige bilder av den indre strukturen til krystallen.
Forskningsideer
Basert på strålesporingssimuleringsteknologi: Artikkelen foreslår bruk av strålesporingssimuleringsteknologi basert på orienteringskontrastmekanismen for å simulere defektkontrasten observert i faktiske røntgentopologiske bilder. Denne metoden har vist seg å være en effektiv måte å studere egenskapene til krystalldefekter i ulike halvledere.
Forbedring av simuleringsteknologi: For å bedre simulere de forskjellige dislokasjonene observert i 4H-SiC og 6H-SiC krystaller, forbedret forskerne strålesporingssimuleringsteknologien og inkorporerte effektene av overflateavslapning og fotoelektrisk absorpsjon.
Forskningsinnhold
Dislokasjonstypeanalyse: Artikkelen gjennomgår systematisk karakteriseringen av ulike typer dislokasjoner (som skruedislokasjoner, kantdislokasjoner, blandede dislokasjoner, basalplandislokasjoner og Frank-type dislokasjoner) i forskjellige polytyper av SiC (inkludert 4H og 6H) ved bruk av strålesporing simuleringsteknologi.
Anvendelse av simuleringsteknologi: Anvendelsen av strålesporingssimuleringsteknologi under forskjellige stråleforhold som svak stråletopologi og planbølgetopologi, samt hvordan man kan bestemme den effektive penetrasjonsdybden til dislokasjoner gjennom simuleringsteknologi studeres.
Kombinasjon av eksperimenter og simuleringer: Ved å sammenligne de eksperimentelt oppnådde røntgentopologiske bildene med de simulerte bildene, verifiseres nøyaktigheten til simuleringsteknologien ved bestemmelse av dislokasjonstype, Burgers vektor og romfordelingen av dislokasjoner i krystallen.
Forskningskonklusjoner
Effektivitet av simuleringsteknologi: Studien viser at strålesporingssimuleringsteknologi er en enkel, ikke-destruktiv og entydig metode for å avdekke egenskapene til ulike typer dislokasjoner i SiC og effektivt kan estimere den effektive penetrasjonsdybden til dislokasjoner.
3D-dislokasjonskonfigurasjonsanalyse: Gjennom simuleringsteknologi kan 3D-dislokasjonskonfigurasjonsanalyse og tetthetsmåling utføres, noe som er avgjørende for å forstå atferden og utviklingen av dislokasjoner under krystallvekst.
Fremtidige bruksområder: Strålesporingssimuleringsteknologi forventes å bli ytterligere brukt på høyenergitopologi så vel som laboratoriebasert røntgentopologi. I tillegg kan denne teknologien også utvides til simulering av defektkarakteristikker til andre polytyper (som 15R-SiC) eller andre halvledermaterialer.
Figur Oversikt
Fig. 1: Skjematisk diagram av synkrotronstråling røntgentopologisk avbildningsoppsett, inkludert transmisjon (Laue) geometri, omvendt refleksjon (Bragg) geometri og beiteinsidensgeometri. Disse geometriene brukes hovedsakelig til å ta opp røntgentopologiske bilder.
Fig. 2: Skjematisk diagram av røntgendiffraksjon av det forvrengte området rundt skruedislokasjonen. Denne figuren forklarer forholdet mellom den innfallende strålen (s0) og den diffrakterte strålen (sg) med den lokale diffraksjonsplanet normalen (n) og den lokale Bragg-vinkelen (θB).
Fig. 3: Røntgentopografibilder med tilbakerefleksjon av mikrorør (MPs) på en 6H–SiC-skive og kontrasten til en simulert skruedislokasjon (b = 6c) under de samme diffraksjonsforholdene.
Fig. 4: Mikrorørpar i et bakrefleksjonstopografibilde av en 6H–SiC-wafer. Bilder av de samme MP-er med forskjellige mellomrom og MP-er i motsatte retninger vises ved strålesporingssimuleringer.
Fig. 5: Beiteinsidens røntgentopografibilder av lukket-kjerne skrue dislokasjoner (TSD) på en 4H–SiC wafer er vist. Bildene viser forbedret kantkontrast.
Fig. 6: Strålesporingssimuleringer av beiteforekomst Røntgentopografibilder av venstrehendte og høyrehendte 1c TSD-er på en 4H–SiC-skive er vist.
Fig. 7: Strålesporingssimuleringer av TSD-er i 4H–SiC og 6H–SiC er vist, og viser dislokasjoner med forskjellige Burgers-vektorer og polytyper.
Fig. 8: Viser beiteforekomsten røntgentopologiske bilder av forskjellige typer gjengekantdislokasjoner (TEDs) på 4H-SiC wafere, og de TED topologiske bildene simulert ved bruk av ray tracing-metoden.
Fig. 9: Viser de topologiske røntgen-bakrefleksjonsbildene av forskjellige TED-typer på 4H-SiC-skiver, og den simulerte TED-kontrasten.
Fig. 10: Viser simuleringsbildene for strålesporing av blandede tråddislokasjoner (TMDs) med spesifikke Burgers-vektorer, og de eksperimentelle topologiske bildene.
Fig. 11: Viser de bakrefleks topologiske bildene av basalplandislokasjoner (BPDs) på 4H-SiC wafere, og det skjematiske diagrammet over den simulerte kantdislokasjonskontrastformasjonen.
Fig. 12: Viser simuleringsbilder av strålesporing av høyrehendte spiralformede BPD-er på forskjellige dybder tatt i betraktning overflaterelaksasjon og fotoelektriske absorpsjonseffekter.
Fig. 13: Viser simuleringsbilder av strålesporing av høyrehendte spiralformede BPD-er på forskjellige dyp, og røntgentopologiske bilder av beiteforekomst.
Fig. 14: Viser det skjematiske diagrammet av basalplandislokasjoner i alle retninger på 4H-SiC-skiver, og hvordan man bestemmer penetrasjonsdybden ved å måle projeksjonslengden.
Fig. 15: Kontrasten av BPD-er med forskjellige Burgers-vektorer og linjeretninger i røntgentopologiske bilder for beiteinsidens, og tilsvarende resultater for strålesporingssimulering.
Fig. 16: Strålesporingssimuleringsbildet av den høyrehendte avbøyde TSD-en på 4H-SiC-platen, og røntgen-topologiske bilde for beiteinsidens er vist.
Fig. 17: Strålesporingssimuleringen og eksperimentelle bildet av den avbøyde TSD på 8° offset 4H-SiC wafer er vist.
Fig. 18: Strålesporingssimuleringsbildene av de avbøyde TSD-ene og TMD-ene med forskjellige Burgers-vektorer men samme linjeretning er vist.
Fig. 19: Strålesporingssimuleringsbildet av Frank-type dislokasjoner, og den tilsvarende beiteinsidensen røntgentopologiske bilde er vist.
Fig. 20: Det transmitterte hvitstråle-røntgen-topologiske bildet av mikrorøret på 6H-SiC-skiven, og strålesporingssimuleringsbildet er vist.
Fig. 21: Det monokromatiske røntgen-topologiske bildet av beiteforekomsten av den aksialt kuttede prøven av 6H-SiC, og strålesporingssimuleringsbildet av BPD-ene er vist.
Fig. 22: viser strålesporingssimuleringsbilder av BPD-er i 6H-SiC aksialt kuttede prøver ved forskjellige innfallsvinkler.
Fig. 23: viser simuleringsbilder av strålesporing av TED, TSD og TMDer i 6H-SiC aksialt kuttede prøver under beiteinsidensgeometri.
Fig. 24: viser røntgen-topologiske bilder av avbøyde TSD-er på forskjellige sider av den isokliniske linjen på 4H-SiC-skiven, og de tilsvarende strålesporingssimuleringsbildene.
Denne artikkelen er kun for akademisk deling. Hvis det er noen krenkelse, vennligst kontakt oss for å slette den.
Innleggstid: 18. juni 2024