تجزیه و تحلیل ساختار نابجایی در کریستال SiC با شبیه سازی ردیابی پرتو به کمک تصویربرداری توپولوژیکی اشعه ایکس

پیشینه تحقیق

اهمیت کاربرد کاربید سیلیکون (SiC): به عنوان یک ماده نیمه هادی با فاصله باند وسیع، کاربید سیلیکون به دلیل خواص الکتریکی عالی خود (مانند فاصله باند بزرگتر، سرعت اشباع الکترون بالاتر و هدایت حرارتی) توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که آن را به طور گسترده در تولید دستگاه‌های با فرکانس بالا، دمای بالا و توان بالا، به‌ویژه در زمینه الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار دهد.

تأثیر عیوب کریستال: علیرغم این مزایای SiC، نقص در کریستال ها همچنان یک مشکل اصلی است که مانع از توسعه دستگاه های با کارایی بالا می شود. این عیوب ممکن است باعث کاهش عملکرد دستگاه شود و قابلیت اطمینان دستگاه را تحت تأثیر قرار دهد.
فناوری تصویربرداری توپولوژیکی اشعه ایکس: به منظور بهینه‌سازی رشد کریستال و درک تأثیر عیوب بر عملکرد دستگاه، لازم است که پیکربندی نقص در کریستال‌های SiC مشخص و تجزیه و تحلیل شود. تصویربرداری توپولوژیکی اشعه ایکس (به ویژه با استفاده از پرتوهای تشعشع سنکروترون) به یک تکنیک مشخصه مهم تبدیل شده است که می تواند تصاویری با وضوح بالا از ساختار داخلی کریستال ایجاد کند.
ایده های تحقیق
بر اساس فناوری شبیه‌سازی ردیابی پرتو: این مقاله استفاده از فناوری شبیه‌سازی ردیابی پرتو بر اساس مکانیسم کنتراست جهت را برای شبیه‌سازی کنتراست نقص مشاهده‌شده در تصاویر توپولوژیکی واقعی اشعه ایکس پیشنهاد می‌کند. ثابت شده است که این روش روشی موثر برای بررسی خواص عیوب کریستالی در نیمه هادی های مختلف است.
بهبود فناوری شبیه‌سازی: به منظور شبیه‌سازی بهتر نابجایی‌های مختلف مشاهده‌شده در کریستال‌های 4H-SiC و 6H-SiC، محققان فناوری شبیه‌سازی ردیابی پرتو را بهبود بخشیدند و اثرات شل شدن سطح و جذب فوتوالکتریک را به کار گرفتند.
محتوای تحقیق
تجزیه و تحلیل نوع دررفتگی: این مقاله به طور سیستماتیک توصیف انواع دررفتگی ها (مانند دررفتگی پیچ، دررفتگی لبه، نابجایی مختلط، نابجایی صفحه پایه و دررفتگی نوع فرانک) را در چند نوع مختلف SiC (شامل 4H و 6H) با استفاده از ردیابی پرتو بررسی می کند. تکنولوژی شبیه سازی
کاربرد فناوری شبیه‌سازی: کاربرد فناوری شبیه‌سازی ردیابی پرتو در شرایط مختلف پرتو مانند توپولوژی پرتو ضعیف و توپولوژی موج صفحه و همچنین نحوه تعیین عمق نفوذ مؤثر نابجایی‌ها از طریق فناوری شبیه‌سازی مورد بررسی قرار می‌گیرد.
ترکیب آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌ها: با مقایسه تصاویر توپولوژیکی اشعه ایکس به‌دست‌آمده تجربی با تصاویر شبیه‌سازی‌شده، دقت فناوری شبیه‌سازی در تعیین نوع نابجایی، بردار برگر و توزیع فضایی نابجایی‌ها در کریستال تأیید می‌شود.
نتیجه گیری تحقیق
اثربخشی فناوری شبیه‌سازی: این مطالعه نشان می‌دهد که فناوری شبیه‌سازی ردیابی پرتو یک روش ساده، غیر مخرب و بدون ابهام برای آشکار کردن خواص انواع نابجایی‌ها در SiC است و می‌تواند به طور موثر عمق نفوذ موثر نابجایی‌ها را تخمین بزند.
تجزیه و تحلیل پیکربندی نابجایی سه بعدی: از طریق فناوری شبیه سازی، تجزیه و تحلیل پیکربندی نابجایی سه بعدی و اندازه گیری چگالی را می توان انجام داد، که برای درک رفتار و تکامل نابجایی ها در طول رشد کریستال بسیار مهم است.
کاربردهای آینده: انتظار می رود فناوری شبیه سازی ردیابی پرتو در توپولوژی پر انرژی و همچنین توپولوژی اشعه ایکس مبتنی بر آزمایشگاه بیشتر اعمال شود. علاوه بر این، این فناوری را می‌توان به شبیه‌سازی ویژگی‌های نقص سایر پلی‌تیپ‌ها (مانند 15R-SiC) یا سایر مواد نیمه‌رسانا نیز تعمیم داد.
نمای کلی شکل

شکل 1: نمودار شماتیک تنظیم تصویربرداری توپولوژیکی اشعه ایکس تشعشع سنکروترون، شامل هندسه انتقال (Laue)، هندسه بازتاب معکوس (Bragg)، و هندسه بروز چرا. این هندسه ها عمدتاً برای ثبت تصاویر توپولوژیکی اشعه ایکس استفاده می شوند.

شکل 2: نمودار شماتیک پراش اشعه ایکس ناحیه اعوجاج شده اطراف نابجایی پیچ. این شکل رابطه بین پرتو فرودی (s0) و پرتو پراش شده (sg) با صفحه پراش محلی نرمال (n) و زاویه محلی براگ (θB) را توضیح می دهد.

شکل 3: تصاویر توپوگرافی اشعه ایکس بازتابی از میکرولوله ها (MPs) روی یک ویفر 6H-SiC و کنتراست یک دررفتگی پیچ شبیه سازی شده (b = 6c) تحت شرایط پراش یکسان.

شکل 4: جفت های میکرولوله در یک تصویر توپوگرافی بازتابی از یک ویفر 6H-SiC. تصاویر همان MP ها با فواصل مختلف و MP در جهت مخالف با شبیه سازی ردیابی پرتو نشان داده می شود.

شکل 5: تصاویر توپوگرافی اشعه ایکس بروز چرا از دررفتگی های پیچ هسته بسته (TSDs) روی ویفر 4H-SiC نشان داده شده است. تصاویر کنتراست لبه را افزایش داده اند.

شکل 6: شبیه‌سازی‌های ردیابی پرتوی وقوع چرا، تصاویر توپوگرافی اشعه ایکس از چپ‌دست‌ها و راست‌دست‌های 1c TSD روی ویفر 4H-SiC نشان داده شده‌اند.

شکل 7: شبیه سازی ردیابی پرتو TSD ها در 4H-SiC و 6H-SiC نشان داده شده است، که نابجایی ها را با بردارها و چند نوع برگرهای مختلف نشان می دهد.

شکل 8: تصاویر توپولوژیکی اشعه ایکس بروز چرا را از انواع مختلف نابجایی لبه نخی (TED) روی ویفرهای 4H-SiC و تصاویر توپولوژیکی TED شبیه سازی شده با استفاده از روش ردیابی پرتو را نشان می دهد.

شکل 9: تصاویر توپولوژیکی بازتابی پرتو ایکس از انواع مختلف TED روی ویفرهای 4H-SiC و کنتراست TED شبیه سازی شده را نشان می دهد.

شکل 10: تصاویر شبیه‌سازی ردیابی پرتوی نابجایی‌های رشته‌ای مختلط (TMDs) با بردارهای خاص Burgers و تصاویر توپولوژیکی تجربی را نشان می‌دهد.

شکل 11: تصاویر توپولوژیک بازتابی از دررفتگی های صفحه پایه (BPDs) روی ویفرهای 4H-SiC و نمودار شماتیک شکل گیری کنتراست نابجایی لبه شبیه سازی شده را نشان می دهد.

شکل 12: تصاویر شبیه سازی ردیابی پرتو BPD های مارپیچ راست دست را در اعماق مختلف با در نظر گرفتن آرامش سطح و اثرات جذب فوتوالکتریک نشان می دهد.

شکل 13: تصاویر شبیه سازی ردیابی پرتو BPD های مارپیچ راست دست در اعماق مختلف و تصاویر توپولوژیکی اشعه ایکس را نشان می دهد.

شکل 14: نمودار شماتیک نابجایی های صفحه پایه را در هر جهت روی ویفرهای 4H-SiC نشان می دهد و نحوه تعیین عمق نفوذ با اندازه گیری طول برجستگی را نشان می دهد.

شکل 15: تضاد BPD ها با بردارهای برگر و جهت های مختلف خطوط در تصاویر توپولوژیکی اشعه ایکس بروز چرا، و نتایج شبیه سازی ردیابی پرتو مربوطه.

شکل 16: تصویر شبیه سازی ردیابی پرتو TSD منحرف شده سمت راست روی ویفر 4H-SiC، و تصویر توپولوژیکی اشعه ایکس بروز چرا نشان داده شده است.

شکل 17: شبیه سازی ردیابی پرتو و تصویر تجربی TSD منحرف شده روی ویفر 4H-SiC 8 درجه نشان داده شده است.

شکل 18: تصاویر شبیه سازی ردیابی پرتو از TSD و TMD های منحرف شده با بردارهای Burgers مختلف اما جهت خط یکسان نشان داده شده است.

شکل 19: تصویر شبیه‌سازی ردیابی پرتو از دررفتگی‌های نوع فرانک، و تصویر توپولوژیکی پرتو ایکس مربوط به وقوع چرا نشان داده شده است.

شکل 20: تصویر توپولوژیکی اشعه ایکس پرتو سفید ارسالی میکرولوله روی ویفر 6H-SiC و تصویر شبیه سازی ردیابی پرتو نشان داده شده است.

شکل 21: تصویر توپولوژیکی تک رنگ پرتو ایکس با شیوع چرا از نمونه برش محوری 6H-SiC، و تصویر شبیه سازی ردیابی پرتو از BPD ها نشان داده شده است.

شکل 22: تصاویر شبیه سازی ردیابی اشعه BPD ها را در نمونه های برش محوری 6H-SiC در زوایای برخورد مختلف نشان می دهد.

شکل 23: تصاویر شبیه سازی ردیابی پرتو TED، TSD و TMD ها را در نمونه های برش محوری 6H-SiC تحت هندسه بروز چرا نشان می دهد.

شکل 24: تصاویر توپولوژیکی اشعه ایکس از TSD های منحرف شده در طرف های مختلف خط ایزوکلینیک روی ویفر 4H-SiC و تصاویر شبیه سازی ردیابی پرتوی مربوطه را نشان می دهد.

این مقاله فقط برای اشتراک گذاری دانشگاهی است. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم.