Antecedentes de la investigación
Importancia de la aplicación del carburo de silicio (SiC): como material semiconductor de banda prohibida amplia, el carburo de silicio ha atraído mucha atención debido a sus excelentes propiedades eléctricas (como una banda prohibida más grande, una mayor velocidad de saturación de electrones y conductividad térmica). Estas propiedades lo hacen ampliamente utilizado en la fabricación de dispositivos de alta frecuencia, alta temperatura y alta potencia, especialmente en el campo de la electrónica de potencia.
Influencia de los defectos de los cristales: a pesar de estas ventajas del SiC, los defectos en los cristales siguen siendo un problema importante que obstaculiza el desarrollo de dispositivos de alto rendimiento. Estos defectos pueden provocar una degradación del rendimiento del dispositivo y afectar su confiabilidad.
Tecnología de imágenes topológicas de rayos X: para optimizar el crecimiento de los cristales y comprender el impacto de los defectos en el rendimiento del dispositivo, es necesario caracterizar y analizar la configuración de los defectos en los cristales de SiC. Las imágenes topológicas de rayos X (especialmente utilizando haces de radiación sincrotrón) se han convertido en una importante técnica de caracterización que puede producir imágenes de alta resolución de la estructura interna del cristal.
Ideas de investigación
Basado en tecnología de simulación de trazado de rayos: el artículo propone el uso de tecnología de simulación de trazado de rayos basada en el mecanismo de contraste de orientación para simular el contraste defectuoso observado en imágenes topológicas de rayos X reales. Se ha demostrado que este método es una forma eficaz de estudiar las propiedades de los defectos cristalinos en varios semiconductores.
Mejora de la tecnología de simulación: para simular mejor las diferentes dislocaciones observadas en los cristales de 4H-SiC y 6H-SiC, los investigadores mejoraron la tecnología de simulación de trazado de rayos e incorporaron los efectos de la relajación de la superficie y la absorción fotoeléctrica.
Contenido de la investigación
Análisis del tipo de dislocación: el artículo revisa sistemáticamente la caracterización de diferentes tipos de dislocaciones (como dislocaciones de tornillo, dislocaciones de borde, dislocaciones mixtas, dislocaciones del plano basal y dislocaciones de tipo Frank) en diferentes politipos de SiC (incluidos 4H y 6H) utilizando trazado de rayos. tecnología de simulación.
Aplicación de la tecnología de simulación: se estudia la aplicación de la tecnología de simulación de trazado de rayos en diferentes condiciones del haz, como topología de haz débil y topología de onda plana, así como cómo determinar la profundidad de penetración efectiva de las dislocaciones mediante tecnología de simulación.
Combinación de experimentos y simulaciones: al comparar las imágenes topológicas de rayos X obtenidas experimentalmente con las imágenes simuladas, se verifica la precisión de la tecnología de simulación para determinar el tipo de dislocación, el vector de Burgers y la distribución espacial de las dislocaciones en el cristal.
Conclusiones de la investigación
Eficacia de la tecnología de simulación: el estudio muestra que la tecnología de simulación de trazado de rayos es un método simple, no destructivo e inequívoco para revelar las propiedades de diferentes tipos de dislocaciones en SiC y puede estimar eficazmente la profundidad de penetración efectiva de las dislocaciones.
Análisis de configuración de dislocaciones 3D: a través de la tecnología de simulación, se pueden realizar análisis de configuración de dislocaciones 3D y mediciones de densidad, lo cual es crucial para comprender el comportamiento y la evolución de las dislocaciones durante el crecimiento de los cristales.
Aplicaciones futuras: Se espera que la tecnología de simulación de trazado de rayos se aplique aún más a la topología de alta energía, así como a la topología de rayos X basada en laboratorio. Además, esta tecnología también se puede ampliar a la simulación de características de defectos de otros politipos (como el 15R-SiC) u otros materiales semiconductores.
Descripción general de la figura
Fig. 1: Diagrama esquemático de la configuración de imágenes topológicas de rayos X con radiación sincrotrón, incluida la geometría de transmisión (Laue), la geometría de reflexión inversa (Bragg) y la geometría de incidencia rasante. Estas geometrías se utilizan principalmente para registrar imágenes topológicas de rayos X.
Fig. 2: Diagrama esquemático de la difracción de rayos X del área distorsionada alrededor de la dislocación del tornillo. Esta figura explica la relación entre el haz incidente (s0) y el haz difractado (sg) con el plano de difracción local normal (n) y el ángulo de Bragg local (θB).
Fig. 3: Imágenes de topografía de rayos X por retrorreflexión de microtubos (MP) en una oblea de 6H-SiC y el contraste de una dislocación de tornillo simulada (b = 6c) en las mismas condiciones de difracción.
Fig. 4: Pares de microtubos en una imagen topográfica de retrorreflexión de una oblea de 6H-SiC. Las simulaciones de trazado de rayos muestran imágenes de los mismos MP con diferentes espaciamientos y MP en direcciones opuestas.
Fig. 5: Se muestran imágenes de topografía de rayos X con incidencia rasante de dislocaciones de tornillos de núcleo cerrado (TSD) en una oblea de 4H-SiC. Las imágenes muestran un contraste de bordes mejorado.
Fig. 6: Se muestran simulaciones de trazado de rayos de imágenes de topografía de rayos X de incidencia rasante de TSD 1c para zurdos y diestros en una oblea de 4H-SiC.
Fig. 7: Se muestran simulaciones de trazado de rayos de TSD en 4H-SiC y 6H-SiC, que muestran dislocaciones con diferentes vectores y politipos de Burgers.
Fig. 8: Muestra las imágenes topológicas de rayos X de incidencia rasante de diferentes tipos de dislocaciones del borde de roscado (TED) en obleas de 4H-SiC y las imágenes topológicas de TED simuladas utilizando el método de trazado de rayos.
Fig. 9: Muestra las imágenes topológicas de retrorreflexión de rayos X de varios tipos de TED en obleas de 4H-SiC y el contraste de TED simulado.
Fig. 10: Muestra las imágenes de simulación de trazado de rayos de dislocaciones de subprocesos mixtos (TMD) con vectores de Burgers específicos y las imágenes topológicas experimentales.
Fig. 11: Muestra las imágenes topológicas de retrorreflexión de dislocaciones del plano basal (BPD) en obleas de 4H-SiC y el diagrama esquemático de la formación de contraste de dislocación de borde simulada.
Fig. 12: Muestra las imágenes de simulación de trazado de rayos de BPD helicoidales diestros a diferentes profundidades considerando los efectos de relajación de la superficie y absorción fotoeléctrica.
Fig. 13: Muestra las imágenes de simulación de trazado de rayos de BPD helicoidales diestros a diferentes profundidades y las imágenes topológicas de rayos X de incidencia rasante.
Fig. 14: Muestra el diagrama esquemático de las dislocaciones del plano basal en cualquier dirección en obleas de 4H-SiC y cómo determinar la profundidad de penetración midiendo la longitud de la proyección.
Fig. 15: El contraste de BPD con diferentes vectores de Burgers y direcciones de línea en las imágenes topológicas de rayos X de incidencia rasante y los resultados de simulación de trazado de rayos correspondientes.
Fig. 16: Se muestran la imagen de simulación de trazado de rayos del TSD desviado hacia la derecha en la oblea 4H-SiC y la imagen topológica de rayos X de incidencia rasante.
Fig. 17: Se muestran la simulación de trazado de rayos y la imagen experimental del TSD desviado en la oblea de 4H-SiC con un desplazamiento de 8°.
Fig. 18: Se muestran las imágenes de simulación de trazado de rayos de los TSD y TMD desviados con diferentes vectores de Burgers pero con la misma dirección de línea.
Fig. 19: Se muestran la imagen de simulación de trazado de rayos de dislocaciones de tipo Frank y la imagen topológica de rayos X de incidencia rasante correspondiente.
Fig. 20: Se muestran la imagen topológica de rayos X de haz blanco transmitida del microtubo en la oblea de 6H-SiC y la imagen de simulación de trazado de rayos.
Fig. 21: Se muestran la imagen topológica de rayos X monocromática de incidencia rasante de la muestra cortada axialmente de 6H-SiC y la imagen de simulación de trazado de rayos de los BPD.
Fig. 22: muestra las imágenes de simulación de trazado de rayos de BPD en muestras cortadas axialmente de 6H-SiC en diferentes ángulos de incidencia.
Fig. 23: muestra las imágenes de simulación de trazado de rayos de TED, TSD y TMD en muestras cortadas axialmente con 6H-SiC bajo geometría de incidencia rasante.
Fig. 24: muestra las imágenes topológicas de rayos X de TSD desviados en diferentes lados de la línea isoclínica en la oblea 4H-SiC y las imágenes de simulación de trazado de rayos correspondientes.
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Hora de publicación: 18 de junio de 2024