Onderzoeksachtergrond
Toepassingsbelang van siliciumcarbide (SiC): Als halfgeleidermateriaal met grote bandafstand heeft siliciumcarbide veel aandacht getrokken vanwege zijn uitstekende elektrische eigenschappen (zoals een grotere bandafstand, hogere elektronenverzadigingssnelheid en thermische geleidbaarheid). Deze eigenschappen zorgen ervoor dat het op grote schaal wordt gebruikt bij de productie van apparaten met hoge frequentie, hoge temperaturen en hoge vermogens, vooral op het gebied van vermogenselektronica.
Invloed van kristaldefecten: Ondanks deze voordelen van SiC blijven defecten in kristallen een groot probleem dat de ontwikkeling van hoogwaardige apparaten belemmert. Deze defecten kunnen verslechtering van de prestaties van het apparaat veroorzaken en de betrouwbaarheid van het apparaat beïnvloeden.
Topologische röntgenbeeldvormingstechnologie: Om de kristalgroei te optimaliseren en de impact van defecten op de prestaties van het apparaat te begrijpen, is het noodzakelijk om de defectconfiguratie in SiC-kristallen te karakteriseren en analyseren. Röntgentopologische beeldvorming (vooral met behulp van synchrotronstralingsbundels) is een belangrijke karakteriseringstechniek geworden die beelden met hoge resolutie van de interne structuur van het kristal kan produceren.
Onderzoek ideeën
Gebaseerd op ray tracing-simulatietechnologie: Het artikel stelt het gebruik van ray tracing-simulatietechnologie voor, gebaseerd op het oriëntatiecontrastmechanisme, om het defectcontrast te simuleren dat wordt waargenomen in daadwerkelijke röntgentopologische beelden. Het is bewezen dat deze methode een effectieve manier is om de eigenschappen van kristaldefecten in verschillende halfgeleiders te bestuderen.
Verbetering van de simulatietechnologie: Om de verschillende dislocaties die worden waargenomen in 4H-SiC- en 6H-SiC-kristallen beter te kunnen simuleren, verbeterden de onderzoekers de ray tracing-simulatietechnologie en integreerden ze de effecten van oppervlakterelaxatie en foto-elektrische absorptie.
Onderzoek inhoud
Analyse van het dislocatietype: het artikel beoordeelt systematisch de karakterisering van verschillende soorten dislocaties (zoals schroefdislocaties, randdislocaties, gemengde dislocaties, dislocaties van het basale vlak en dislocaties van het Frank-type) in verschillende polytypes van SiC (inclusief 4H en 6H) met behulp van ray tracing simulatie technologie.
Toepassing van simulatietechnologie: De toepassing van ray tracing-simulatietechnologie onder verschillende bundelomstandigheden, zoals zwakke bundeltopologie en vlakke golftopologie, evenals hoe de effectieve penetratiediepte van dislocaties door middel van simulatietechnologie kan worden bepaald, worden bestudeerd.
Combinatie van experimenten en simulaties: Door de experimenteel verkregen topologische röntgenbeelden te vergelijken met de gesimuleerde beelden, wordt de nauwkeurigheid van de simulatietechnologie bij het bepalen van het dislocatietype, de Burgers-vector en de ruimtelijke verdeling van dislocaties in het kristal geverifieerd.
Onderzoeksconclusies
Effectiviteit van simulatietechnologie: Het onderzoek laat zien dat ray tracing-simulatietechnologie een eenvoudige, niet-destructieve en ondubbelzinnige methode is om de eigenschappen van verschillende soorten dislocaties in SiC te onthullen en de effectieve penetratiediepte van dislocaties effectief te kunnen schatten.
3D-dislocatieconfiguratieanalyse: Via simulatietechnologie kunnen 3D-dislocatieconfiguratieanalyses en dichtheidsmetingen worden uitgevoerd, wat cruciaal is voor het begrijpen van het gedrag en de evolutie van dislocaties tijdens kristalgroei.
Toekomstige toepassingen: Ray tracing-simulatietechnologie zal naar verwachting verder worden toegepast op hoogenergetische topologie en op laboratoriumgebaseerde röntgentopologie. Bovendien kan deze technologie ook worden uitgebreid naar de simulatie van defectkarakteristieken van andere polytypes (zoals 15R-SiC) of andere halfgeleidermaterialen.
Figuuroverzicht
Fig. 1: Schematisch diagram van synchrotronstraling Röntgentopologische beeldvormingsopstelling, inclusief transmissiegeometrie (Laue), omgekeerde reflectie (Bragg) geometrie en grazing-invalsgeometrie. Deze geometrieën worden voornamelijk gebruikt om topologische röntgenbeelden vast te leggen.
Fig. 2: Schematisch diagram van röntgendiffractie van het vervormde gebied rond de schroefdislocatie. Deze figuur legt de relatie uit tussen de invallende straal (s0) en de afgebogen straal (sg) met de lokale diffractievlaknormaal (n) en de lokale Bragg-hoek (θB).
Fig. 3: Röntgentopografiebeelden met terugreflectie van micropijpen (MP's) op een 6H-SiC-wafel en het contrast van een gesimuleerde schroefdislocatie (b = 6c) onder dezelfde diffractieomstandigheden.
Fig. 4: Micropijpparen in een topografiebeeld met achterreflectie van een 6H-SiC-wafel. Afbeeldingen van dezelfde MP's met verschillende afstanden en MP's in tegengestelde richtingen worden weergegeven door ray tracing-simulaties.
Fig. 5: Röntgentopografiebeelden van grazingincidentie van schroefdislocaties met gesloten kern (TSD's) op een 4H-SiC-wafel worden getoond. De afbeeldingen tonen een verbeterd randcontrast.
Fig. 6: Ray-tracing-simulaties van begrazingsinval. Röntgentopografiebeelden van linkshandige en rechtshandige 1c TSD's op een 4H-SiC-wafel worden getoond.
Fig. 7: Ray tracing-simulaties van TSD's in 4H – SiC en 6H – SiC worden getoond, waarbij dislocaties met verschillende Burgers-vectoren en polytypes worden getoond.
Fig. 8: Toont de topologische röntgenfoto's van verschillende soorten threading edge dislocaties (TED's) op 4H-SiC-wafels, en de topologische TED-beelden gesimuleerd met behulp van de ray tracing-methode.
Fig. 9: Toont de topologische röntgenreflectiebeelden van verschillende TED-typen op 4H-SiC-wafels, en het gesimuleerde TED-contrast.
Fig. 10: Toont de ray tracing-simulatiebeelden van mixed threading dislocaties (TMD's) met specifieke Burgers-vectoren, en de experimentele topologische beelden.
Fig. 11: Toont de topologische beelden met terugreflectie van basale vlakdislocaties (BPD's) op 4H-SiC-wafels, en het schematische diagram van de gesimuleerde contrastformatie van randdislocaties.
Fig. 12: Toont de ray tracing-simulatiebeelden van rechtshandige spiraalvormige BPD's op verschillende diepten, rekening houdend met oppervlakterelaxatie en foto-elektrische absorptie-effecten.
Fig. 13: Toont de ray tracing-simulatiebeelden van rechtshandige spiraalvormige BPD's op verschillende diepten, en de topologische röntgenfoto's met grazingsinval.
Fig. 14: Toont het schematische diagram van dislocaties van het basale vlak in elke richting op 4H-SiC-wafels, en hoe de penetratiediepte kan worden bepaald door de projectielengte te meten.
Fig. 15: Het contrast van BPD's met verschillende Burgers-vectoren en lijnrichtingen in de topologische röntgenbeelden met graasinval, en de bijbehorende ray tracing-simulatieresultaten.
Fig. 16: Het raytracing-simulatiebeeld van de rechtshandige afgebogen TSD op de 4H-SiC-wafel, en het topologische röntgenfoto met strijkinval worden getoond.
Fig. 17: De ray tracing-simulatie en het experimentele beeld van de afgebogen TSD op de 8° offset 4H-SiC-wafel worden getoond.
Fig. 18: De ray tracing-simulatiebeelden van de afgebogen TSD en TMD's met verschillende Burgers-vectoren maar dezelfde lijnrichting worden getoond.
Fig. 19: Het ray tracing-simulatiebeeld van dislocaties van het Frank-type en het overeenkomstige röntgentopologische beeld met grazingincidentie worden getoond.
Fig. 20: Het topologische röntgenbeeld met doorgelaten witte straal van de micropijp op de 6H-SiC-wafel en het ray tracing-simulatiebeeld worden getoond.
Fig. 21: Het monochromatische röntgentopologische beeld met graasinval van het axiaal gesneden monster van 6H-SiC, en het raytracing-simulatiebeeld van de BPD's worden getoond.
Fig. 22: toont de ray tracing-simulatiebeelden van BPD's in 6H-SiC axiaal gesneden monsters onder verschillende invalshoeken.
Fig. 23: toont de ray tracing-simulatiebeelden van TED, TSD en TMD's in 6H-SiC axiaal gesneden monsters onder strijkinvalgeometrie.
Fig. 24: toont de topologische röntgenbeelden van afgebogen TSD's aan verschillende zijden van de isoclinische lijn op de 4H-SiC-wafel, en de overeenkomstige ray tracing-simulatiebeelden.
Dit artikel is alleen bedoeld voor academisch delen. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.
Posttijd: 18 juni 2024