Tutkimus tausta
Piikarbidin (SiC) sovelluksen merkitys: Piikarbidi on laajakaistaisena puolijohdemateriaalina herättänyt paljon huomiota erinomaisten sähköisten ominaisuuksiensa ansiosta (kuten suurempi kaistaväli, suurempi elektronien kyllästymisnopeus ja lämmönjohtavuus). Näiden ominaisuuksien ansiosta sitä käytetään laajalti korkeataajuisissa, korkeissa lämpötiloissa ja suuritehoisissa laitteiden valmistuksessa, erityisesti tehoelektroniikan alalla.
Kidevikojen vaikutus: Näistä piikarbidin eduista huolimatta kiteiden viat ovat edelleen suuri ongelma, joka estää korkean suorituskyvyn laitteiden kehittämistä. Nämä viat voivat heikentää laitteen suorituskykyä ja vaikuttaa laitteen luotettavuuteen.
Röntgentopologinen kuvantamistekniikka: Jotta voidaan optimoida kiteiden kasvua ja ymmärtää vikojen vaikutusta laitteen suorituskykyyn, on tarpeen karakterisoida ja analysoida piikarbidikiteiden vikakonfiguraatio. Röntgentopologisesta kuvantamisesta (erityisesti synkrotronisäteilysäteitä käyttäen) on tullut tärkeä karakterisointitekniikka, jolla voidaan tuottaa korkearesoluutioisia kuvia kiteen sisäisestä rakenteesta.
Tutkimusideoita
Perustuu säteenjäljityssimulaatiotekniikkaan: Artikkelissa ehdotetaan suuntakontrastimekanismiin perustuvan säteenseurantasimulaatioteknologian käyttöä todellisissa röntgentopologisissa kuvissa havaitun virhekontrastin simuloimiseksi. Tämä menetelmä on osoittautunut tehokkaaksi tapaksi tutkia eri puolijohteiden kidevikojen ominaisuuksia.
Simulaatiotekniikan parantaminen: Simuloidakseen paremmin 4H-SiC- ja 6H-SiC-kiteissä havaittuja dislokaatioita tutkijat paransivat säteenseuranta-simulaatiotekniikkaa ja ottavat mukaan pintarelaksaation ja valosähköisen absorption vaikutukset.
Tutkimussisältö
Dislokaatiotyyppianalyysi: Artikkelissa tarkastellaan systemaattisesti erityyppisten dislokaatioiden (kuten ruuvidislokaatiot, reunadislokaatiot, sekadislokaatiot, perustason dislokaatiot ja Frank-tyyppiset dislokaatiot) karakterisointia SiC:n eri polytyypeissä (mukaan lukien 4H ja 6H) käyttämällä säteenjäljitystä simulointitekniikka.
Simulaatiotekniikan sovellus: Tutkitaan säteenseuranta-simulaatioteknologian soveltamista erilaisissa sädeolosuhteissa, kuten heikon säteen topologiassa ja tasoaaltotopologiassa, sekä sijoittumien tehokkaan tunkeutumissyvyyden määrittämistä simulaatiotekniikan avulla.
Kokeiden ja simulaatioiden yhdistelmä: Vertaamalla kokeellisesti saatuja röntgentopologisia kuvia simuloituihin kuviin, varmistetaan simulaatiotekniikan tarkkuus dislokaatiotyypin, Burgers-vektorin ja dislokaatioiden tilajakauman määrittämisessä kiteessä.
Tutkimuspäätelmät
Simulaatiotekniikan tehokkuus: Tutkimus osoittaa, että säteenseuranta-simulaatiotekniikka on yksinkertainen, hajoamaton ja yksiselitteinen menetelmä erilaisten SiC:n dislokaatioiden ominaisuuksien paljastamiseksi ja sen avulla voidaan tehokkaasti arvioida dislokaatioiden tehokas tunkeutumissyvyys.
3D dislokaatiokonfiguraatioanalyysi: Simulaatiotekniikan avulla voidaan suorittaa 3D dislokaatiokonfiguraatioanalyysi ja tiheysmittaus, mikä on ratkaisevan tärkeää sijoittumien käyttäytymisen ja kehityksen ymmärtämiseksi kiteen kasvun aikana.
Tulevaisuuden sovellukset: Säteenseurantasimulaatioteknologiaa odotetaan edelleen sovellettavan korkean energian topologiaan sekä laboratoriopohjaiseen röntgentopologiaan. Lisäksi tämä tekniikka voidaan laajentaa myös muiden polytyyppien (kuten 15R-SiC) tai muiden puolijohdemateriaalien vikaominaisuuksien simulointiin.
Kuvan yleiskatsaus
Kuva 1: Kaaviokaavio synkrotronisäteilyn röntgentopologisesta kuvantamisjärjestelystä, mukaan lukien lähetysgeometria (Laue), käänteisen heijastuksen (Bragg) geometria ja laiduntuman ilmaantuvuusgeometria. Näitä geometrioita käytetään pääasiassa röntgentopologisten kuvien tallentamiseen.
Kuva 2: Kaaviokuva ruuvin dislokaatiota ympäröivän vääristyneen alueen röntgendiffraktiosta. Tämä kuva selittää tulevan säteen (s0) ja taipuneen säteen (sg) välisen suhteen paikallisen diffraktiotasonormaalin (n) ja paikallisen Bragg-kulman (θB) kanssa.
Kuva 3: Taustaheijastusröntgentopografiakuvat mikroputkista (MPs) 6H-SiC-kiekolla ja simuloidun ruuvisiirtymän kontrasti (b = 6c) samoissa diffraktioolosuhteissa.
Kuva 4: Mikroputkiparit 6H-SiC-kiekon takaheijastustopografisessa kuvassa. Kuvia samoista MP:istä eri etäisyyksillä ja MP:istä vastakkaisiin suuntiin esitetään säteenjäljityssimulaatioilla.
Kuva 5: laiduntamisen ilmaantuvuusröntgentopografiakuvat suljetun ydinruuvin dislokaatioista (TSD:t) 4H-SiC-kiekolla. Kuvissa näkyy paranneltu reunakontrasti.
Kuva 6: Säteenseurantasimulaatiot laiduntamisen ilmaantuvuuden röntgentopografiakuvat vasen- ja oikeakätisten 1c TSD:iden 4H-SiC-kiekolla.
Kuva 7: TSD:iden säteenseurantasimulaatiot 4H–SiC:ssä ja 6H–SiC:ssä esitetään, ja niissä näkyy dislokaatioita erilaisilla Burgers-vektoreilla ja polytyypeillä.
Kuva 8: Näyttää laiduntamisen esiintymistopologiset röntgenkuvat erityyppisistä kierteitysreunan dislokaatioista (TED:t) 4H-SiC-kiekoilla ja TED-topologiset kuvat, jotka on simuloitu ray tracing -menetelmällä.
Kuva 9: Näyttää röntgensäteen takaisinheijastuksen topologiset kuvat eri TED-tyypeistä 4H-SiC-kiekoilla ja simuloidun TED-kontrastin.
Kuva 10: Näyttää säteenjäljityssimulaatiokuvat sekamuotoisista säikeytysdislokaatioista (TMD:t) tietyillä Burgers-vektoreilla sekä kokeelliset topologiset kuvat.
Kuva 11: Näyttää taustaheijastuksen topologiset kuvat 4H-SiC-kiekkojen perustason dislokaatioista (BPD) ja kaavion simuloidusta reunasiirtymän kontrastin muodostumisesta.
Kuva 12: Näyttää oikean käden kierteisen BPD:n säteenjäljityssimulaatiokuvat eri syvyyksillä ottaen huomioon pinnan relaksaatio ja valosähköiset absorptiovaikutukset.
Kuva 13: Näyttää säteenseurantasimulaatiokuvat oikeanpuoleisista kierteisistä BPD:istä eri syvyyksissä ja laiduntamisen esiintymisen röntgentopologiset kuvat.
Kuva 14: Näyttää kaavion 4H-SiC-kiekkojen perustason poikkeamista mihin tahansa suuntaan ja kuinka tunkeutumissyvyys määritetään mittaamalla projektiopituus.
Kuva 15: BPD:iden kontrasti erilaisilla Burgers-vektoreilla ja viivasuunnalla laiduntamisen ilmaantuvuuden röntgentopologisissa kuvissa ja vastaavat säteenjäljityssimulaatiotulokset.
Kuva 16: Säteenjäljityssimulaatiokuva oikeanpuoleisesta taipuneesta TSD:stä 4H-SiC-kiekolla ja laiduntamisen ilmaantuvuuden röntgentopologinen kuva.
Kuva 17: Säteenseurantasimulaatio ja kokeellinen kuva taipuneesta TSD:stä 8° offset 4H-SiC kiekolla.
Kuva 18: Säteenseurantasimulaatiokuvat taipuneesta TSD:stä ja TMD:stä, joissa on eri Burgers-vektorit, mutta sama viivasuunta.
Kuva 19: Säteenjäljityssimulaatiokuva Frank-tyyppisistä dislokaatioista ja vastaava laiduntautumisten röntgentopologinen kuva.
Kuva 20: Siirretty valkoisen säteen röntgentopologinen kuva mikroputkesta 6H-SiC kiekolla ja säteen jäljityksen simulaatiokuva esitetään.
Kuva 21: Aksiaalisuunnassa leikatun 6H-SiC:n näytteen laiduntumisen esiintymisen monokromaattinen röntgentopologinen kuva ja BPD:iden säteenjäljityssimulaatiokuva esitetään.
Kuva 22: esittää säteenseurantasimulaatiokuvia BPD:istä 6H-SiC aksiaalisesti leikatuissa näytteissä eri tulokulmissa.
Kuva 23: esittää TED:n, TSD:n ja TMD:n säteenseurantasimulaatiokuvia aksiaalisesti leikatuissa 6H-SiC-näytteissä laiduntumisgeometrian alla.
Kuva 24: esittää röntgentopologiset kuvat taipuneista TSD:istä 4H-SiC-kiekon isokliinisen viivan eri puolilla ja vastaavat säteenjäljityssimulaatiokuvat.
Tämä artikkeli on tarkoitettu vain akateemiseen jakamiseen. Jos rikkomuksia ilmenee, ota meihin yhteyttä sen poistamiseksi.
Postitusaika: 18.6.2024