Contesto della ricerca
Importanza applicativa del carburo di silicio (SiC): essendo un materiale semiconduttore ad ampio gap di banda, il carburo di silicio ha attirato molta attenzione grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche (come un gap di banda più ampio, una maggiore velocità di saturazione degli elettroni e conduttività termica). Queste proprietà lo rendono ampiamente utilizzato nella produzione di dispositivi ad alta frequenza, alta temperatura e alta potenza, in particolare nel campo dell'elettronica di potenza.
Influenza dei difetti dei cristalli: nonostante questi vantaggi del SiC, i difetti nei cristalli rimangono un grave problema che ostacola lo sviluppo di dispositivi ad alte prestazioni. Questi difetti possono causare un degrado delle prestazioni del dispositivo e influire sull'affidabilità del dispositivo.
Tecnologia di imaging topologico a raggi X: per ottimizzare la crescita dei cristalli e comprendere l'impatto dei difetti sulle prestazioni del dispositivo, è necessario caratterizzare e analizzare la configurazione dei difetti nei cristalli SiC. L'imaging topologico a raggi X (in particolare utilizzando fasci di radiazioni di sincrotrone) è diventato un'importante tecnica di caratterizzazione in grado di produrre immagini ad alta risoluzione della struttura interna del cristallo.
Idee di ricerca
Basato sulla tecnologia di simulazione del ray tracing: l'articolo propone l'uso della tecnologia di simulazione del ray tracing basata sul meccanismo di contrasto dell'orientamento per simulare il contrasto dei difetti osservato nelle immagini topologiche a raggi X reali. Questo metodo si è dimostrato efficace per studiare le proprietà dei difetti cristallini in vari semiconduttori.
Miglioramento della tecnologia di simulazione: per simulare meglio le diverse dislocazioni osservate nei cristalli 4H-SiC e 6H-SiC, i ricercatori hanno migliorato la tecnologia di simulazione del ray tracing e hanno incorporato gli effetti del rilassamento superficiale e dell'assorbimento fotoelettrico.
Contenuti della ricerca
Analisi del tipo di dislocazione: l'articolo esamina sistematicamente la caratterizzazione di diversi tipi di dislocazioni (come dislocazioni a vite, dislocazioni di bordo, dislocazioni miste, dislocazioni del piano basale e dislocazioni di tipo Frank) in diversi politipi di SiC (inclusi 4H e 6H) utilizzando il ray tracing tecnologia di simulazione.
Applicazione della tecnologia di simulazione: viene studiata l'applicazione della tecnologia di simulazione del ray tracing in diverse condizioni del fascio come la topologia del fascio debole e la topologia delle onde piane, nonché come determinare l'effettiva profondità di penetrazione delle dislocazioni attraverso la tecnologia di simulazione.
Combinazione di esperimenti e simulazioni: confrontando le immagini topologiche a raggi X ottenute sperimentalmente con le immagini simulate, viene verificata l'accuratezza della tecnologia di simulazione nel determinare il tipo di dislocazione, il vettore di Burgers e la distribuzione spaziale delle dislocazioni nel cristallo.
Conclusioni della ricerca
Efficacia della tecnologia di simulazione: lo studio mostra che la tecnologia di simulazione del ray tracing è un metodo semplice, non distruttivo e inequivocabile per rivelare le proprietà di diversi tipi di dislocazioni nel SiC e può stimare efficacemente l'effettiva profondità di penetrazione delle dislocazioni.
Analisi della configurazione della dislocazione 3D: attraverso la tecnologia di simulazione, è possibile eseguire l'analisi della configurazione della dislocazione 3D e la misurazione della densità, che è fondamentale per comprendere il comportamento e l'evoluzione delle dislocazioni durante la crescita dei cristalli.
Applicazioni future: si prevede che la tecnologia di simulazione del ray tracing verrà ulteriormente applicata alla topologia ad alta energia e alla topologia a raggi X basata su laboratorio. Inoltre, questa tecnologia può essere estesa anche alla simulazione delle caratteristiche dei difetti di altri politipi (come 15R-SiC) o di altri materiali semiconduttori.
Panoramica della figura
Fig. 1: Diagramma schematico della configurazione topologica dell'imaging a raggi X con radiazione di sincrotrone, inclusa la geometria di trasmissione (Laue), la geometria di riflessione inversa (Bragg) e la geometria di incidenza radente. Queste geometrie vengono utilizzate principalmente per registrare immagini topologiche a raggi X.
Fig. 2: Rappresentazione schematica della diffrazione dei raggi X dell'area distorta attorno alla dislocazione della vite. Questa figura spiega la relazione tra il raggio incidente (s0) e il raggio diffratto (sg) con la normale al piano di diffrazione locale (n) e l'angolo di Bragg locale (θB).
Fig. 3: Immagini topografiche a raggi X a riflessione posteriore di microtubi (MP) su un wafer 6H-SiC e contrasto di una dislocazione simulata della vite (b = 6c) nelle stesse condizioni di diffrazione.
Fig. 4: Coppie di microtubi in un'immagine topografica a riflessione posteriore di un wafer 6H-SiC. Immagini degli stessi MP con spaziature diverse e MP in direzioni opposte vengono mostrate mediante simulazioni di ray tracing.
Fig. 5: Vengono mostrate le immagini della topografia a raggi X con incidenza radente delle dislocazioni delle viti a nucleo chiuso (TSD) su un wafer 4H-SiC. Le immagini mostrano un contrasto dei bordi migliorato.
Fig. 6: Vengono mostrate simulazioni di ray tracing di immagini topografiche a raggi X con incidenza radente di TSD 1c mancini e destrorsi su un wafer 4H-SiC.
Fig. 7: Vengono mostrate simulazioni di ray tracing di TSD in 4H-SiC e 6H-SiC, che mostrano dislocazioni con diversi vettori e politipi di Burgers.
Fig. 8: Mostra le immagini topologiche a raggi X con incidenza radente di diversi tipi di dislocazioni del bordo filettato (TED) su wafer 4H-SiC e le immagini topologiche TED simulate utilizzando il metodo di ray tracing.
Fig. 9: Mostra le immagini topologiche di retroriflessione dei raggi X di vari tipi di TED su wafer 4H-SiC e il contrasto TED simulato.
Fig. 10: Mostra le immagini di simulazione del ray tracing di dislocazioni a threading misto (TMD) con vettori di Burgers specifici e le immagini topologiche sperimentali.
Fig. 11: Mostra le immagini topologiche di retroriflessione delle dislocazioni del piano basale (BPD) su wafer 4H-SiC e il diagramma schematico della formazione simulata del contrasto della dislocazione del bordo.
Fig. 12: Mostra le immagini di simulazione del ray tracing di BPD elicoidali destrimani a diverse profondità considerando il rilassamento superficiale e gli effetti di assorbimento fotoelettrico.
Fig. 13: Mostra le immagini di simulazione del ray tracing di BPD elicoidali destrimani a diverse profondità e le immagini topologiche dei raggi X con incidenza radente.
Fig. 14: Mostra il diagramma schematico delle dislocazioni del piano basale in qualsiasi direzione su wafer 4H-SiC e come determinare la profondità di penetrazione misurando la lunghezza di proiezione.
Fig. 15: Il contrasto dei BPD con diversi vettori di Burgers e direzioni delle linee nelle immagini topologiche a raggi X con incidenza radente e i corrispondenti risultati della simulazione del ray tracing.
Fig. 16: Sono mostrate l'immagine di simulazione del ray tracing del TSD deflesso destrorso sul wafer 4H-SiC e l'immagine topologica dei raggi X con incidenza radente.
Fig. 17: Sono mostrate la simulazione del ray tracing e l'immagine sperimentale del TSD deflesso sul wafer 4H-SiC con offset di 8°.
Fig. 18: Vengono mostrate le immagini di simulazione del ray tracing dei TSD e dei TMD deflessi con diversi vettori Burgers ma con la stessa direzione della linea.
Fig. 19: Sono mostrate l'immagine di simulazione del ray tracing delle dislocazioni di tipo Frank e la corrispondente immagine topologica a raggi X con incidenza radente.
Fig. 20: Sono mostrate l'immagine topologica trasmessa a raggi X a raggio bianco del microtubo sul wafer 6H-SiC e l'immagine di simulazione del ray tracing.
Fig. 21: Sono mostrate l'immagine topologica a raggi X monocromatica con incidenza radente del campione tagliato assialmente di 6H-SiC e l'immagine di simulazione del ray tracing dei BPD.
Fig. 22: mostra le immagini di simulazione del ray tracing dei BPD in campioni tagliati assialmente in 6H-SiC a diversi angoli di incidenza.
Fig. 23: mostra le immagini di simulazione del ray tracing di TED, TSD e TMD in campioni tagliati assialmente in 6H-SiC con geometria di incidenza radente.
Fig. 24: mostra le immagini topologiche a raggi X di TSD deflessi su diversi lati della linea isoclina sul wafer 4H-SiC e le corrispondenti immagini di simulazione del ray tracing.
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Orario di pubblicazione: 18 giugno 2024