Forskningsbakgrund
Tillämpningsvikt för kiselkarbid (SiC): Som ett halvledarmaterial med brett bandgap har kiselkarbid väckt stor uppmärksamhet på grund av dess utmärkta elektriska egenskaper (såsom större bandgap, högre elektronmättnadshastighet och värmeledningsförmåga). Dessa egenskaper gör att den används i stor utsträckning vid tillverkning av högfrekventa, hög temperaturer och högeffektsenheter, särskilt inom kraftelektronik.
Inverkan av kristalldefekter: Trots dessa fördelar med SiC är defekter i kristaller fortfarande ett stort problem som hindrar utvecklingen av högpresterande enheter. Dessa defekter kan orsaka försämring av enhetens prestanda och påverka enhetens tillförlitlighet.
Röntgentopologisk avbildningsteknik: För att optimera kristalltillväxt och förstå effekten av defekter på enhetens prestanda är det nödvändigt att karakterisera och analysera defektkonfigurationen i SiC-kristaller. Röntgentopologisk avbildning (särskilt med användning av synkrotronstrålningsstrålar) har blivit en viktig karakteriseringsteknik som kan producera högupplösta bilder av kristallens inre struktur.
Forskningsidéer
Baserat på strålspårningssimuleringsteknologi: Artikeln föreslår användning av strålspårningssimuleringsteknik baserad på orienteringskontrastmekanismen för att simulera defektkontrasten som observeras i faktiska röntgentopologiska bilder. Denna metod har visat sig vara ett effektivt sätt att studera egenskaperna hos kristalldefekter i olika halvledare.
Förbättring av simuleringsteknik: För att bättre simulera de olika dislokationer som observerats i 4H-SiC- och 6H-SiC-kristaller, förbättrade forskarna strålspårningssimuleringstekniken och inkorporerade effekterna av ytavslappning och fotoelektrisk absorption.
Forskningsinnehåll
Dislokationstypanalys: Artikeln går systematiskt igenom karakteriseringen av olika typer av dislokationer (såsom skruvdislokationer, kantdislokationer, blandade dislokationer, basalplansdislokationer och Frank-typ dislokationer) i olika polytyper av SiC (inklusive 4H och 6H) med hjälp av strålspårning simuleringsteknik.
Tillämpning av simuleringsteknik: Tillämpningen av strålspårningssimuleringsteknik under olika strålförhållanden såsom svag stråltopologi och planvågstopologi, samt hur man bestämmer det effektiva penetrationsdjupet för dislokationer genom simuleringsteknik studeras.
Kombination av experiment och simuleringar: Genom att jämföra de experimentellt erhållna röntgentopologiska bilderna med de simulerade bilderna verifieras simuleringsteknikens noggrannhet vid bestämning av dislokationstyp, Burgers vektor och den rumsliga fördelningen av dislokationer i kristallen.
Forskningsslutsatser
Effektivitet av simuleringsteknik: Studien visar att strålspårningssimuleringsteknik är en enkel, oförstörande och entydig metod för att avslöja egenskaperna hos olika typer av dislokationer i SiC och kan effektivt uppskatta det effektiva penetrationsdjupet för dislokationer.
3D-dislokationskonfigurationsanalys: Genom simuleringsteknik kan 3D-dislokationskonfigurationsanalys och densitetsmätning utföras, vilket är avgörande för att förstå beteendet och utvecklingen av dislokationer under kristalltillväxt.
Framtida tillämpningar: Strålspårningssimuleringsteknik förväntas tillämpas ytterligare på högenergitopologi såväl som laboratoriebaserad röntgentopologi. Dessutom kan denna teknologi även utvidgas till simulering av defektegenskaper hos andra polytyper (som 15R-SiC) eller andra halvledarmaterial.
Figuröversikt
Fig. 1: Schematiskt diagram över synkrotronstrålningsröntgentopologisk avbildningsinställning, inklusive transmissionsgeometri (Laue), omvänd reflektionsgeometri (Bragg) och betesinfallsgeometri. Dessa geometrier används huvudsakligen för att registrera topologiska röntgenbilder.
Fig. 2: Schematiskt diagram av röntgendiffraktion av det förvrängda området runt skruvdislokationen. Denna figur förklarar förhållandet mellan den infallande strålen (s0) och den diffrakterade strålen (sg) med den lokala diffraktionsplanets normala (n) och den lokala Bragg-vinkeln (θB).
Fig. 3: Back-reflektion röntgentopografibilder av mikropipor (MPs) på en 6H–SiC wafer och kontrasten av en simulerad skruvdislokation (b = 6c) under samma diffraktionsförhållanden.
Fig. 4: Mikropippar i en backreflekterande topografibild av en 6H–SiC-skiva. Bilder av samma MP med olika avstånd och MP i motsatta riktningar visas med strålspårningssimuleringar.
Fig. 5: Röntgentopografibilder av betesincidens av skruvdislokationer med sluten kärna (TSD) på en 4H–SiC-skiva visas. Bilderna visar förbättrad kantkontrast.
Fig. 6: Strålspårningssimuleringar av betesincidens röntgentopografibilder av vänsterhänta och högerhänta 1c TSDs på en 4H–SiC-skiva visas.
Fig. 7: Strålspårningssimuleringar av TSD i 4H–SiC och 6H–SiC visas, som visar dislokationer med olika Burgers-vektorer och polytyper.
Fig. 8: Visar betesincidensen röntgentopologiska bilder av olika typer av gängkantsdislokationer (TEDs) på 4H-SiC-skivor, och TED-topologiska bilder simulerade med strålspårningsmetoden.
Fig. 9: Visar topologiska röntgenbakreflektionsbilder av olika TED-typer på 4H-SiC-skivor och den simulerade TED-kontrasten.
Fig. 10: Visar strålspårningssimuleringsbilder av blandade gängdislokationer (TMD) med specifika Burgers-vektorer och de experimentella topologiska bilderna.
Fig. 11: Visar de bakre reflekterande topologiska bilderna av basalplansdislokationer (BPD) på 4H-SiC-skivor och det schematiska diagrammet över den simulerade kantdislokationskontrastformationen.
Fig. 12: Visar strålspårningssimuleringsbilder av högerhänta spiralformade BPD:er på olika djup med hänsyn till ytrelaxation och fotoelektriska absorptionseffekter.
Fig. 13: Visar strålspårningssimuleringsbilder av högerhänta spiralformade BPD på olika djup och röntgentopologiska bilder av betesincidensen.
Fig. 14: Visar det schematiska diagrammet över basalplanets dislokationer i valfri riktning på 4H-SiC-skivor och hur man bestämmer penetrationsdjupet genom att mäta projektionslängden.
Fig. 15: Kontrasten mellan BPD:er med olika Burgers-vektorer och linjeriktningar i röntgentopologiska bilder för betesincidensen, och motsvarande strålspårningssimuleringsresultat.
Fig. 16: Strålspårningssimuleringsbilden av den högerhänta avböjda TSD på 4H-SiC-skivan och röntgentopologiska bilden av betesincidensen visas.
Fig. 17: Strålspårningssimuleringen och experimentbilden av den avböjda TSD på 8° offset 4H-SiC-skivan visas.
Fig. 18: Strålspårningssimuleringsbilderna av den avböjda TSD och TMD med olika Burgers-vektorer men samma linjeriktning visas.
Fig. 19: Strålspårningssimuleringsbilden av dislokationer av Frank-typ och motsvarande röntgentopologiska bild för betesincidens visas.
Fig. 20: Den transmitterade vita strålröntgentopologiska bilden av mikroröret på 6H-SiC-skivan och strålspårningssimuleringsbilden visas.
Fig. 21: Den monokromatiska röntgentopologiska bilden av betesincidensen av det axiellt skurna provet av 6H-SiC och strålspårningssimuleringsbilden av BPD visas.
Fig. 22: visar strålspårningssimuleringsbilder av BPD i 6H-SiC axiellt skurna prover vid olika infallsvinklar.
Fig. 23: visar strålspårningssimuleringsbilder av TED, TSD och TMD i 6H-SiC axiellt skurna prover under betesincidensgeometri.
Fig. 24: visar röntgentopologiska bilder av avböjda TSD: er på olika sidor av den isokliniska linjen på 4H-SiC-skivan, och motsvarande strålspårningssimuleringsbilder.
Den här artikeln är endast till för akademisk delning. Om det finns något intrång, kontakta oss för att ta bort det.
Posttid: 2024-jun-18