История исследования
Важность применения карбида кремния (SiC): Как полупроводниковый материал с широкой запрещенной зоной, карбид кремния привлек большое внимание благодаря своим превосходным электрическим свойствам (таким как большая запрещенная зона, более высокая скорость насыщения электронами и теплопроводность). Эти свойства позволяют широко использовать его в производстве высокочастотных, высокотемпературных и мощных приборов, особенно в области силовой электроники.
Влияние дефектов кристаллов. Несмотря на эти преимущества SiC, дефекты кристаллов остаются основной проблемой, препятствующей разработке высокопроизводительных устройств. Эти дефекты могут привести к снижению производительности устройства и повлиять на его надежность.
Технология рентгеновской топологической визуализации. Чтобы оптимизировать рост кристаллов и понять влияние дефектов на производительность устройства, необходимо охарактеризовать и проанализировать конфигурацию дефектов в кристаллах SiC. Рентгеновская топологическая визуализация (особенно с использованием пучков синхротронного излучения) стала важным методом определения характеристик, который может создавать изображения внутренней структуры кристалла с высоким разрешением.
Исследовательские идеи
На основе технологии моделирования трассировки лучей: В статье предлагается использовать технологию моделирования трассировки лучей, основанную на механизме ориентационного контраста, для моделирования контраста дефектов, наблюдаемого на реальных рентгеновских топологических изображениях. Доказано, что этот метод является эффективным способом изучения свойств кристаллических дефектов в различных полупроводниках.
Улучшение технологии моделирования. Чтобы лучше моделировать различные дислокации, наблюдаемые в кристаллах 4H-SiC и 6H-SiC, исследователи усовершенствовали технологию моделирования трассировки лучей и включили эффекты поверхностной релаксации и фотоэлектрического поглощения.
Содержание исследования
Анализ типов дислокаций. В статье систематически рассматриваются характеристики различных типов дислокаций (таких как винтовые дислокации, краевые дислокации, смешанные дислокации, дислокации базисной плоскости и дислокации франкского типа) в различных политипах SiC (включая 4H и 6H) с использованием трассировки лучей. технология моделирования.
Применение технологии моделирования: изучается применение технологии моделирования трассировки лучей в различных условиях луча, таких как топология слабого луча и топология плоских волн, а также способы определения эффективной глубины проникновения дислокаций с помощью технологии моделирования.
Совмещение экспериментов и моделирования: Путем сравнения экспериментально полученных рентгеновских топологических изображений с смоделированными изображениями проверяется точность технологии моделирования в определении типа дислокации, вектора Бюргерса и пространственного распределения дислокаций в кристалле.
Выводы исследования
Эффективность технологии моделирования: Исследование показывает, что технология моделирования трассировки лучей является простым, неразрушающим и однозначным методом выявления свойств различных типов дислокаций в SiC и позволяет эффективно оценивать эффективную глубину проникновения дислокаций.
Трехмерный анализ конфигурации дислокаций. С помощью технологии моделирования можно выполнить трехмерный анализ конфигурации дислокаций и измерение плотности, что имеет решающее значение для понимания поведения и эволюции дислокаций во время роста кристаллов.
Будущие применения: Ожидается, что технология моделирования трассировки лучей будет в дальнейшем применяться к высокоэнергетической топологии, а также к рентгеновской топологии в лабораторных условиях. Кроме того, эту технологию можно распространить и на моделирование характеристик дефектов других политипов (например, 15R-SiC) или других полупроводниковых материалов.
Обзор рисунка
Рис. 1: Принципиальная схема установки рентгеновской топологической визуализации синхротронного излучения, включая геометрию пропускания (Лауэ), геометрию обратного отражения (Брэгга) и геометрию скользящего падения. Эти геометрии в основном используются для записи рентгеновских топологических изображений.
Рис. 2: Схематическая диаграмма дифракции рентгеновских лучей искаженной области вокруг винтовой дислокации. На этом рисунке объясняется связь между падающим лучом (s0) и дифрагированным лучом (sg) с локальной нормалью плоскости дифракции (n) и локальным углом Брэгга (θB).
Рис. 3: Рентгеновские топографические изображения микротрубок (МП) в обратном отражении на пластине 6H–SiC и контраст моделируемой винтовой дислокации (b = 6c) в тех же условиях дифракции.
Рис. 4: Пары микротрубок на изображении топографии пластины 6H–SiC в обратном отражении. Изображения одних и тех же МП с разными расстояниями и МП в противоположных направлениях показаны с помощью моделирования трассировки лучей.
Рис. 5: Показаны рентгеновские топографии скользящего падения винтовых дислокаций с закрытым ядром (TSD) на пластине 4H–SiC. Изображения демонстрируют повышенный контраст краев.
Рис. 6: Моделирование трассировки лучей скользящего падения. Показаны рентгеновские топографические изображения левосторонних и правых 1c TSD на пластине 4H–SiC.
Рис. 7: Показаны результаты моделирования ТСД в 4H–SiC и 6H–SiC с помощью трассировки лучей, показывающие дислокации с различными векторами Бюргерса и политипами.
Рис. 8: Показаны рентгеновские топологические изображения скользящего падения различных типов резьбовых краевых дислокаций (TED) на пластинах 4H-SiC, а также топологические изображения TED, смоделированные с использованием метода трассировки лучей.
Рис. 9: Показаны топологические изображения в обратном отражении рентгеновских лучей различных типов TED на пластинах 4H-SiC и смоделированный TED-контраст.
Рис. 10: Показаны изображения, полученные методом трассировки лучей смешанных резьбовых дислокаций (TMD) с конкретными векторами Бюргерса, а также экспериментальные топологические изображения.
Рис. 11: Показаны топологические изображения дислокаций базальной плоскости (BPD) в обратном отражении на пластинах 4H-SiC, а также схематическая диаграмма смоделированного формирования контраста краевых дислокаций.
Рис. 12: Показаны изображения моделирования трассировки лучей правоспиральных BPD на разных глубинах с учетом эффектов поверхностной релаксации и фотоэлектрического поглощения.
Рис. 13: Показаны изображения моделирования трассировки лучей правовинтовых BPD на различной глубине, а также рентгеновские топологические изображения скользящего падения.
Рис. 14: Показана схематическая диаграмма дислокаций базисной плоскости в любом направлении на пластинах 4H-SiC и способ определения глубины проникновения путем измерения длины выступа.
Рис. 15: Контраст BPD с различными векторами Бюргерса и направлениями линий на топологических рентгеновских изображениях скользящего падения и соответствующие результаты моделирования трассировки лучей.
Рис. 16: Показаны симуляция трассировки лучей правостороннего отклонения TSD на пластине 4H-SiC, а также рентгеновское топологическое изображение скользящего падения.
Рис. 17: Показаны моделирование трассировки лучей и экспериментальное изображение отклоненного TSD на пластине 4H-SiC со смещением 8°.
Рис. 18: Показаны изображения моделирования трассировки лучей отклоненных TSD и TMD с разными векторами Бюргерса, но с одинаковым направлением линии.
Рис. 19: Показаны симуляция трассировки лучей дислокаций типа Франка и соответствующее рентгеновское топологическое изображение скользящего падения.
Рис. 20: Показаны топологическое изображение микротрубки на пластине 6H-SiC в проходящем белом луче, а также изображение, полученное при моделировании трассировки лучей.
Рис. 21: Показаны монохроматическое рентгеновское топологическое изображение скользящего падения образца 6H-SiC, разрезанного по оси, и изображение, имитирующее трассировку лучей BPD.
Рис. 22: показаны изображения, полученные методом трассировки лучей BPD в образцах 6H-SiC, вырезанных в осевом направлении под разными углами падения.
Рис. 23: показаны изображения моделирования трассировки лучей TED, TSD и TMD в образцах 6H-SiC, разрезанных в осевом направлении при скользящей геометрии падения.
Рис. 24: показаны рентгеновские топологические изображения отклоненных TSD по разные стороны от изоклинической линии на пластине 4H-SiC, а также соответствующие изображения моделирования трассировки лучей.
Эта статья предназначена только для академического обмена. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.
Время публикации: 18 июня 2024 г.