Forskningsbaggrund
Siliciumcarbids betydning (SiC): Som et halvledermateriale med bred båndgab har siliciumcarbid tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af dets fremragende elektriske egenskaber (såsom større båndgab, højere elektronmætningshastighed og termisk ledningsevne). Disse egenskaber gør det meget udbredt i højfrekvent, høj temperatur og højeffekt enhedsfremstilling, især inden for kraftelektronik.
Indflydelse af krystaldefekter: På trods af disse fordele ved SiC, er defekter i krystaller stadig et stort problem, der hindrer udviklingen af højtydende enheder. Disse defekter kan forårsage forringelse af enhedens ydeevne og påvirke enhedens pålidelighed.
Røntgentopologisk billeddannelsesteknologi: For at optimere krystalvækst og forstå virkningen af defekter på enhedens ydeevne, er det nødvendigt at karakterisere og analysere defektkonfigurationen i SiC-krystaller. Røntgentopologisk billeddannelse (især ved brug af synkrotronstrålingsstråler) er blevet en vigtig karakteriseringsteknik, der kan producere billeder i høj opløsning af krystallens indre struktur.
Forskningsideer
Baseret på strålesporingssimuleringsteknologi: Artiklen foreslår brugen af strålesporingssimuleringsteknologi baseret på orienteringskontrastmekanismen for at simulere defektkontrasten observeret i faktiske røntgentopologiske billeder. Denne metode har vist sig at være en effektiv måde at studere egenskaberne af krystaldefekter i forskellige halvledere.
Forbedring af simuleringsteknologi: For bedre at kunne simulere de forskellige dislokationer observeret i 4H-SiC- og 6H-SiC-krystaller, forbedrede forskerne strålesporingssimuleringsteknologien og inkorporerede virkningerne af overfladeafslapning og fotoelektrisk absorption.
Forskningsindhold
Dislokationstypeanalyse: Artiklen gennemgår systematisk karakteriseringen af forskellige typer af dislokationer (såsom skruedislokationer, kantdislokationer, blandede dislokationer, basalplandislokationer og Frank-type dislokationer) i forskellige polytyper af SiC (inklusive 4H og 6H) ved hjælp af ray tracing simuleringsteknologi.
Anvendelse af simuleringsteknologi: Anvendelsen af strålesporingssimuleringsteknologi under forskellige stråleforhold såsom svag stråletopologi og planbølgetopologi, samt hvordan man bestemmer den effektive penetrationsdybde af dislokationer gennem simuleringsteknologi, studeres.
Kombination af eksperimenter og simuleringer: Ved at sammenligne de eksperimentelt opnåede røntgentopologiske billeder med de simulerede billeder, verificeres simuleringsteknologiens nøjagtighed ved bestemmelse af dislokationstype, Burgers vektor og den rumlige fordeling af dislokationer i krystallen.
Forskningskonklusioner
Effektivitet af simuleringsteknologi: Undersøgelsen viser, at ray tracing simuleringsteknologi er en enkel, ikke-destruktiv og utvetydig metode til at afsløre egenskaberne af forskellige typer dislokationer i SiC og effektivt kan estimere den effektive penetrationsdybde af dislokationer.
3D dislokationskonfigurationsanalyse: Gennem simuleringsteknologi kan 3D dislokationskonfigurationsanalyse og tæthedsmåling udføres, hvilket er afgørende for at forstå adfærden og udviklingen af dislokationer under krystalvækst.
Fremtidige anvendelser: Strålesporingssimuleringsteknologi forventes at blive yderligere anvendt til højenergitopologi såvel som laboratoriebaseret røntgentopologi. Derudover kan denne teknologi også udvides til simulering af defektkarakteristika for andre polytyper (såsom 15R-SiC) eller andre halvledermaterialer.
Figuroversigt
Fig. 1: Skematisk diagram af synkrotronstråling røntgentopologisk billeddannelsesopsætning, inklusive transmission (Laue) geometri, omvendt reflektion (Bragg) geometri og græsningsindfaldsgeometri. Disse geometrier bruges hovedsageligt til at optage topologiske røntgenbilleder.
Fig. 2: Skematisk diagram af røntgendiffraktion af det forvrængede område omkring skrueforskydningen. Denne figur forklarer forholdet mellem den indfaldende stråle (s0) og den diffrakterede stråle (sg) med den lokale diffraktionsplan normal (n) og den lokale Bragg-vinkel (θB).
Fig. 3: Tilbagereflekterende røntgentopografibilleder af mikrorør (MP'er) på en 6H-SiC-wafer og kontrasten af en simuleret skrueforskydning (b = 6c) under de samme diffraktionsbetingelser.
Fig. 4: Mikrorørpar i et topografibillede med bagreflektion af en 6H-SiC-wafer. Billeder af de samme MP'er med forskellige mellemrum og MP'er i modsatte retninger er vist ved strålesporingssimuleringer.
Fig. 5: Græsningsforekomst røntgentopografibilleder af lukkede kerne skrue dislokationer (TSD'er) på en 4H-SiC wafer er vist. Billederne viser forbedret kantkontrast.
Fig. 6: Strålesporingssimuleringer af græsningsforekomst Røntgentopografibilleder af venstrehåndede og højrehåndede 1c TSD'er på en 4H–SiC wafer er vist.
Fig. 7: Strålesporingssimuleringer af TSD'er i 4H–SiC og 6H–SiC er vist, der viser dislokationer med forskellige Burgers-vektorer og polytyper.
Fig. 8: Viser græsningsincidensen røntgentopologiske billeder af forskellige typer gevindkantforskydninger (TED'er) på 4H-SiC wafere, og de TED topologiske billeder simuleret ved hjælp af strålesporingsmetoden.
Fig. 9: Viser de topologiske røntgen-bagreflektionsbilleder af forskellige TED-typer på 4H-SiC-wafere og den simulerede TED-kontrast.
Fig. 10: Viser strålesporingssimuleringsbillederne af mixed threading dislokationer (TMD'er) med specifikke Burgers-vektorer og de eksperimentelle topologiske billeder.
Fig. 11: Viser de topologiske tilbagereflektionsbilleder af basalplandislokationer (BPD'er) på 4H-SiC wafere og det skematiske diagram af den simulerede kantdislokationskontrastformation.
Fig. 12: Viser strålesporingssimuleringsbillederne af højrehåndede spiralformede BPD'er i forskellige dybder under hensyntagen til overfladerelaksation og fotoelektriske absorptionseffekter.
Fig. 13: Viser strålesporingssimuleringsbillederne af højrehåndede spiralformede BPD'er i forskellige dybder og røntgentopologiske billeder af græsningsincidensen.
Fig. 14: Viser det skematiske diagram af basalplan dislokationer i enhver retning på 4H-SiC wafere, og hvordan man bestemmer indtrængningsdybden ved at måle projektionslængden.
Fig. 15: Kontrasten af BPD'er med forskellige Burgers-vektorer og linjeretninger i røntgentopologiske billeder af græsningsincidensen og de tilsvarende resultater for strålesporingssimulering.
Fig. 16: Strålesporingssimuleringsbilledet af den højrehåndede afbøjede TSD på 4H-SiC waferen og det røntgentopologiske billede af græsningsincidensen er vist.
Fig. 17: Strålesporingssimuleringen og eksperimentelle billede af den afbøjede TSD på 8° offset 4H-SiC waferen er vist.
Fig. 18: Strålesporingssimuleringsbillederne af de afbøjede TSD og TMD'er med forskellige Burgers-vektorer, men den samme linjeretning, er vist.
Fig. 19: Strålesporingssimuleringsbilledet af Frank-type dislokationer og den tilsvarende afgræsningsincidens røntgentopologiske billede er vist.
Fig. 20: Det transmitterede hvide stråle røntgentopologiske billede af mikrorøret på 6H-SiC waferen og strålesporingssimuleringsbilledet er vist.
Fig. 21: Det monokromatiske røntgentopologiske billede af græsningsincidensen af den aksialt afskårne prøve af 6H-SiC og strålesporingssimuleringsbilledet af BPD'erne er vist.
Fig. 22: viser strålesporingssimuleringsbillederne af BPD'er i 6H-SiC aksialt udskårne prøver ved forskellige indfaldsvinkler.
Fig. 23: viser strålesporingssimuleringsbillederne af TED, TSD og TMD'er i 6H-SiC aksialt udskårne prøver under afgræsningsincidensgeometri.
Fig. 24: viser røntgentopologiske billeder af afbøjede TSD'er på forskellige sider af den isokliniske linje på 4H-SiC-waferen og de tilsvarende strålesporingssimuleringsbilleder.
Denne artikel er kun til akademisk deling. Hvis der er nogen overtrædelse, bedes du kontakte os for at slette den.
Indlægstid: 18-jun-2024