Pozadie výskumu
Aplikačný význam karbidu kremíka (SiC): Karbid kremíka ako polovodičový materiál so širokou šírkou pásma priťahuje veľkú pozornosť vďaka svojim vynikajúcim elektrickým vlastnostiam (ako je väčšia šírka pásma, vyššia rýchlosť saturácie elektrónov a tepelná vodivosť). Vďaka týmto vlastnostiam je široko používaný pri výrobe vysokofrekvenčných, vysokoteplotných a vysokovýkonných zariadení, najmä v oblasti výkonovej elektroniky.
Vplyv kryštálových defektov: Napriek týmto výhodám SiC zostávajú defekty v kryštáloch hlavným problémom, ktorý bráni vývoju vysokovýkonných zariadení. Tieto chyby môžu spôsobiť zníženie výkonu zariadenia a ovplyvniť spoľahlivosť zariadenia.
Röntgenová topologická zobrazovacia technológia: Na optimalizáciu rastu kryštálov a pochopenie vplyvu defektov na výkon zariadenia je potrebné charakterizovať a analyzovať konfiguráciu defektov v SiC kryštáloch. Röntgenové topologické zobrazovanie (najmä pomocou lúčov synchrotrónového žiarenia) sa stalo dôležitou charakterizačnou technikou, ktorá môže produkovať obrazy vnútornej štruktúry kryštálu s vysokým rozlíšením.
Výskumné nápady
Založené na technológii simulácie sledovania lúčov: Článok navrhuje použitie technológie simulácie sledovania lúča založenej na mechanizme orientačného kontrastu na simuláciu kontrastu defektov pozorovaného na skutočných röntgenových topologických snímkach. Táto metóda sa ukázala ako efektívny spôsob štúdia vlastností kryštálových defektov v rôznych polovodičoch.
Zlepšenie simulačnej technológie: Aby sa lepšie simulovali rôzne dislokácie pozorované v kryštáloch 4H-SiC a 6H-SiC, výskumníci zlepšili technológiu simulácie sledovania lúčov a začlenili účinky povrchovej relaxácie a fotoelektrickej absorpcie.
Obsah výskumu
Analýza typu dislokácie: Článok systematicky skúma charakterizáciu rôznych typov dislokácií (ako sú skrutkové dislokácie, okrajové dislokácie, zmiešané dislokácie, dislokácie bazálnej roviny a dislokácie Frankovho typu) v rôznych polytypoch SiC (vrátane 4H a 6H) pomocou sledovania lúčov. simulačná technológia.
Aplikácia simulačnej technológie: Študuje sa aplikácia technológie simulácie sledovania lúčov v rôznych podmienkach lúča, ako je topológia slabého lúča a topológia rovinných vĺn, ako aj spôsob určenia efektívnej hĺbky prieniku dislokácií pomocou simulačnej technológie.
Kombinácia experimentov a simulácií: Porovnaním experimentálne získaných röntgenových topologických snímok so simulovanými snímkami sa overí presnosť simulačnej technológie pri určovaní typu dislokácie, Burgersovho vektora a priestorového rozloženia dislokácií v kryštáli.
Závery výskumu
Efektívnosť simulačnej technológie: Štúdia ukazuje, že technológia simulácie sledovania lúčov je jednoduchá, nedeštruktívna a jednoznačná metóda na odhalenie vlastností rôznych typov dislokácií v SiC a dokáže efektívne odhadnúť efektívnu hĺbku prieniku dislokácií.
Analýza konfigurácie 3D dislokácií: Prostredníctvom simulačnej technológie je možné vykonať analýzu konfigurácie 3D dislokácií a meranie hustoty, čo je kľúčové pre pochopenie správania a vývoja dislokácií počas rastu kryštálov.
Budúce aplikácie: Očakáva sa, že technológia simulácie sledovania lúčov sa bude ďalej aplikovať na vysokoenergetickú topológiu, ako aj na laboratórnu röntgenovú topológiu. Okrem toho je možné túto technológiu rozšíriť aj na simuláciu charakteristík defektov iných polytypov (napríklad 15R-SiC) alebo iných polovodičových materiálov.
Prehľad obrázku
Obr. 1: Schematický diagram nastavenia topologického zobrazovania pomocou röntgenového žiarenia synchrotrónového žiarenia, vrátane transmisnej (Laue) geometrie, geometrie spätného odrazu (Bragg) a geometrie dopadu pastvy. Tieto geometrie sa používajú hlavne na zaznamenávanie röntgenových topologických snímok.
Obr. 2: Schematický diagram röntgenovej difrakcie deformovanej oblasti okolo dislokácie skrutky. Tento obrázok vysvetľuje vzťah medzi dopadajúcim lúčom (s0) a difraktovaným lúčom (sg) s normálou lokálnej difrakčnej roviny (n) a lokálnym Braggovým uhlom (θB).
Obr. 3: Spätné odrazové röntgenové topografické snímky mikrorúr (MP) na 6H–SiC doštičke a kontrast simulovanej dislokácie skrutky (b = 6c) za rovnakých difrakčných podmienok.
Obr. 4: Páry mikropipe na snímke topografie spätného odrazu 6H–SiC doštičky. Obrázky rovnakých MP s rôznymi rozostupmi a MP v opačných smeroch sú zobrazené pomocou simulácií sledovania lúčov.
Obr. 5: Zobrazujú sa röntgenové topografické snímky výskytu pastvy dislokácií skrutiek s uzavretým jadrom (TSD) na doštičke 4H–SiC. Obrázky ukazujú zvýšený kontrast okrajov.
Obr. 6: Simulácie sledovania lúčov dopadu pastvy Zobrazujú sa röntgenové topografické snímky ľavotočivých a pravotočivých 1c TSD na 4H–SiC doštičke.
Obr. 7: Sú zobrazené simulácie sledovania lúčov TSD v 4H–SiC a 6H–SiC, zobrazujúce dislokácie s rôznymi Burgersovými vektormi a polytypmi.
Obr. 8: Zobrazuje röntgenové topologické snímky dopadu pastvy rôznych typov dislokácií okrajov závitov (TED) na 4H-SiC doštičkách a topologické snímky TED simulované pomocou metódy sledovania lúčov.
Obr. 9: Zobrazuje topologické snímky röntgenového spätného odrazu rôznych typov TED na doštičkách 4H-SiC a simulovaný kontrast TED.
Obr. 10: Zobrazuje snímky simulácie sledovania lúčov zmiešaných závitových dislokácií (TMD) so špecifickými Burgersovými vektormi a experimentálne topologické snímky.
Obr. 11: Ukazuje topologické obrazy spätného odrazu dislokácií bazálnej roviny (BPD) na 4H-SiC doštičkách a schematický diagram simulovanej tvorby kontrastu okrajovej dislokácie.
Obr. 12: Zobrazuje snímky simulácie sledovania lúčov pravotočivých špirálových BPD v rôznych hĺbkach s ohľadom na povrchovú relaxáciu a účinky fotoelektrickej absorpcie.
Obr. 13: Zobrazuje simulačné snímky sledovania lúčov pravotočivých špirálových BPD v rôznych hĺbkach a röntgenové topologické snímky dopadu pastvy.
Obr. 14: Zobrazuje schematický diagram dislokácií bazálnej roviny v akomkoľvek smere na 4H-SiC doštičkách a ako určiť hĺbku prieniku meraním dĺžky projekcie.
Obr. 15: Kontrast BPD s rôznymi Burgersovými vektormi a smermi čiar v röntgenových topologických snímkach dopadu pastvy a zodpovedajúce výsledky simulácie sledovania lúčov.
Obr. 16: Simulačný obraz sledovania lúčov pravotočivej vychýlenej TSD na doštičke 4H-SiC a röntgenový topologický obraz dopadu pastvy.
Obr. 17: Zobrazená je simulácia sledovania lúča a experimentálny obraz vychýleného TSD na 8° ofsetovej 4H-SiC doštičke.
Obr. 18: Sú zobrazené simulačné snímky sledovania lúčov vychýlených TSD a TMD s rôznymi Burgersovými vektormi, ale rovnakým smerom čiary.
Obr. 19: Zobrazuje sa simulačný obraz sledovania lúčov dislokácií Frankovho typu a zodpovedajúci röntgenový topologický obraz dopadu pastvy.
Obr. 20: Zobrazuje sa topologická snímka preneseného bieleho lúča röntgenového žiarenia mikrorúrky na doštičke 6H-SiC a snímka simulácie sledovania lúčov.
Obr. 21: Je zobrazený monochromatický röntgenový topologický obraz dopadu pastvy axiálne rozrezanej vzorky 6H-SiC a obraz simulácie sledovania lúčov BPD.
Obr. 22: ukazuje simulačné snímky sledovania lúčov BPD v 6H-SiC axiálne rezaných vzorkách pri rôznych uhloch dopadu.
Obr. 23: ukazuje simulačné snímky sledovania lúčov TED, TSD a TMD v 6H-SiC axiálne vyrezaných vzorkách pod geometriou dopadu pastvy.
Obr. 24: ukazuje röntgenové topologické snímky vychýlených TSD na rôznych stranách izoklinickej línie na 4H-SiC doštičke a zodpovedajúce snímky simulácie sledovania lúčov.
Tento článok slúži len na akademické zdieľanie. Ak dôjde k porušeniu, kontaktujte nás, aby sme ho odstránili.
Čas odoslania: 18. júna 2024