Uurimistöö taust
Ränikarbiidi (SiC) rakenduse tähtsus: laia ribalaiusega pooljuhtmaterjalina on ränikarbiid äratanud palju tähelepanu tänu oma suurepärastele elektrilistele omadustele (nagu suurem ribalaius, suurem elektronide küllastuskiirus ja soojusjuhtivus). Nende omaduste tõttu kasutatakse seda laialdaselt kõrgsageduslike, kõrge temperatuuriga ja suure võimsusega seadmete tootmises, eriti jõuelektroonika valdkonnas.
Kristallide defektide mõju: Vaatamata nendele SiC eelistele on kristallide defektid endiselt suureks probleemiks, mis takistab suure jõudlusega seadmete väljatöötamist. Need vead võivad põhjustada seadme jõudluse halvenemist ja mõjutada seadme töökindlust.
Röntgeni topoloogilise pildistamise tehnoloogia: kristallide kasvu optimeerimiseks ja defektide mõju mõistmiseks seadme jõudlusele on vaja iseloomustada ja analüüsida SiC kristallide defektide konfiguratsiooni. Röntgeni topoloogiline pildistamine (eriti sünkrotronkiirguse kiirte abil) on muutunud oluliseks iseloomustamismeetodiks, mis võimaldab toota kristalli sisestruktuurist kõrge eraldusvõimega pilte.
Uurimisideed
Põhineb kiirjälgimise simulatsioonitehnoloogial: artiklis tehakse ettepanek kasutada orientatsioonikontrastsuse mehhanismil põhinevat kiirte jälgimise simulatsioonitehnoloogiat, et simuleerida tegelikel röntgenkiirte topoloogilistel kujutistel täheldatud defektide kontrasti. See meetod on osutunud tõhusaks viisiks erinevate pooljuhtide kristallide defektide omaduste uurimiseks.
Simulatsioonitehnoloogia täiustamine: 4H-SiC ja 6H-SiC kristallides täheldatud erinevate dislokatsioonide paremaks simuleerimiseks täiustasid teadlased kiirte jälgimise simulatsioonitehnoloogiat ning lisasid pinna lõdvestamise ja fotoelektrilise neeldumise mõju.
Uurimistöö sisu
Dislokatsioonitüübi analüüs: artiklis vaadeldakse süstemaatiliselt erinevat tüüpi dislokatsioonide (nagu kruvidislokatsioonid, servadislokatsioonid, segadislokatsioonid, basaaltasandi dislokatsioonid ja Frank-tüüpi dislokatsioonid) iseloomustamist erinevates SiC polütüüpides (sh 4H ja 6H), kasutades kiirjälgimist. simulatsioonitehnoloogia.
Simulatsioonitehnoloogia rakendamine: Uuritakse kiirjälgimise simulatsioonitehnoloogia rakendamist erinevates kiirte tingimustes nagu nõrk kiire topoloogia ja tasapinnaline laine topoloogia, samuti seda, kuidas simulatsioonitehnoloogia abil määrata dislokatsioonide efektiivset läbitungimissügavust.
Eksperimentide ja simulatsioonide kombinatsioon: Võrreldes katseliselt saadud röntgeni topoloogilisi pilte simuleeritud piltidega, kontrollitakse simulatsioonitehnoloogia täpsust dislokatsioonitüübi, Burgersi vektori ja dislokatsioonide ruumilise jaotuse määramisel kristallis.
Uurimistöö järeldused
Simulatsioonitehnoloogia efektiivsus: Uuring näitab, et kiirte jälgimise simulatsioonitehnoloogia on lihtne, mittepurustav ja üheselt mõistetav meetod erinevat tüüpi dislokatsioonide omaduste paljastamiseks SiC-s ning võimaldab tõhusalt hinnata dislokatsioonide efektiivset läbitungimissügavust.
3D dislokatsiooni konfiguratsiooni analüüs: Simulatsioonitehnoloogia abil saab teostada 3D dislokatsiooni konfiguratsiooni analüüsi ja tiheduse mõõtmist, mis on ülioluline kristallide kasvu ajal tekkivate dislokatsioonide käitumise ja arengu mõistmiseks.
Tulevased rakendused: Kiirte jälgimise simulatsioonitehnoloogiat kasutatakse eeldatavasti edasi nii suure energiatarbega topoloogias kui ka laboripõhises röntgenitopoloogias. Lisaks saab seda tehnoloogiat laiendada ka muude polütüüpide (nt 15R-SiC) või muude pooljuhtmaterjalide defektide omaduste simuleerimisele.
Joonis Ülevaade
Joonis 1: Sünkrotronkiirguse röntgeni topoloogilise kujutise seadistuse skemaatiline diagramm, sealhulgas ülekande (Laue) geomeetria, pöördpeegelduse (Bragg) geomeetria ja karjatamise geomeetria. Neid geomeetriaid kasutatakse peamiselt röntgeni topoloogiliste kujutiste salvestamiseks.
Joonis 2: Kruvi dislokatsiooni ümbritseva moonutatud ala röntgendifraktsiooni skemaatiline diagramm. See joonis selgitab langeva kiire (s0) ja hajutatud kiire (sg) vahelist seost kohaliku difraktsioonitasandi normaal (n) ja kohaliku Braggi nurga (θB) vahel.
Joonis 3: mikrotorude (MP-de) tagasipeegeldusega röntgeni topograafia kujutised 6H-SiC vahvlil ja kruvide simuleeritud dislokatsiooni kontrastsus (b = 6c) samades difraktsioonitingimustes.
Joonis 4: Mikrotorude paarid 6H-SiC vahvli tagasipeegeldusega topograafilisel kujutisel. Samade MP-de pilte erinevate vahekaugustega ja MP-de vastassuundades näidatakse kiirte jälgimise simulatsioonidega.
Joonis 5: Karjatamise esinemissageduse röntgentopograafia kujutised suletud südamikuga kruvide nihestumistest (TSD-d) 4H-SiC vahvlil. Piltidel on parem servakontrast.
Joonis 6. Kuvatakse vasaku- ja paremakäeliste 1c TSD-de 4H-SiC vahvlil karjatamise esinemissageduse kiirte jälgimise simulatsioonid.
Joonis 7. Näidatud on 4H-SiC ja 6H-SiC TSD-de kiirjälgimise simulatsioonid, mis näitavad dislokatsioone erinevate Burgersi vektorite ja polütüüpidega.
Joonis 8: näitab karjatamise esinemissageduse röntgeni topoloogilisi kujutisi 4H-SiC-plaatide erinevat tüüpi keermestatud servade dislokatsioonidest (TED) ja kiirjälgimise meetodil simuleeritud TED-topoloogilisi kujutisi.
Joonis 9. Näitab erinevate TED-tüüpide röntgenikiirte tagasipeegelduse topoloogilisi kujutisi 4H-SiC-plaatidel ja simuleeritud TED-kontrasti.
Joonis 10: Näitab spetsiifiliste Burgersi vektoritega segatud keermestatud dislokatsioonide (TMD) kiirjälgimise simulatsioonipilte ja eksperimentaalseid topoloogilisi kujutisi.
Joonis 11. Näitab 4H-SiC plaatide basaaltasandi dislokatsioonide (BPD) tagasipeegeldusega topoloogilisi kujutisi ja simuleeritud servade dislokatsiooni kontrasti moodustumise skemaatilist diagrammi.
Joonis 12: näitab parempoolsete spiraalsete BPD-de kiirjälgimise simulatsioonipilte erinevatel sügavustel, võttes arvesse pinna lõdvestamist ja fotoelektrilist neeldumist.
Joonis 13: Näitab parempoolsete spiraalsete BPD-de kiirjälgimise simulatsioonipilte erinevatel sügavustel ja karjatamise esinemissageduse röntgenkiirte topoloogilisi kujutisi.
Joonis 14: näitab 4H-SiC vahvlite basaaltasandi dislokatsioonide skemaatilist diagrammi mis tahes suunas ja seda, kuidas määrata läbitungimissügavust projektsioonipikkuse mõõtmise abil.
Joonis 15: BPD-de kontrastsus erinevate Burgersi vektorite ja joonesuundadega karjatamise esinemissageduse röntgenkiirte topoloogilistes kujutistes ja vastavad kiirte jälgimise simulatsiooni tulemused.
Joonis 16. Näidatud on 4H-SiC vahvli parempoolse kõrvalekaldumise TSD kiirjälgimise simulatsioonipilt ja karjatamise esinemise röntgenkiirte topoloogiline pilt.
Joonis 17. Näidatud on 8° nihkega 4H-SiC vahvlil kõrvalekaldud TSD kiirjälgimise simulatsiooni ja eksperimentaalset kujutist.
Joonis 18: Näidatud on kõrvalekaldud TSD ja TMD-de kiirjälgimise simulatsioonipildid erinevate Burgersi vektoritega, kuid sama joone suunaga.
Joonis 19: Näidatud on Frank-tüüpi dislokatsioonide kiirjälgimise simulatsioonipilt ja vastav karjatamise esinemissageduse röntgenikiirte topoloogiline pilt.
Joonis 20. Näidatud on 6H-SiC vahvlil oleva mikrotoru ülekantud valge kiire röntgenkiirte topoloogiline pilt ja kiirte jälgimise simulatsiooni pilt.
Joonis 21. Näidatud on 6H-SiC aksiaalselt lõigatud proovi karjatamise monokromaatilise röntgenikiirte topoloogiline pilt ja BPD-de kiirjälgimise simulatsioonipilt.
Joonis 22: näitab BPD-de kiirjälgimise simulatsioonipilte 6H-SiC aksiaalselt lõigatud proovides erinevate langemisnurkade all.
Joonis 23: kujutab TED, TSD ja TMD kiirjälgimise simulatsiooni kujutisi 6H-SiC aksiaalselt lõigatud proovides karjatamise geomeetria all.
Joonis 24: näitab 4H-SiC vahvli isokliinilise joone erinevatel külgedel kõrvalekaldud TSD-de röntgenikiirte topoloogilisi kujutisi ja vastavaid kiirte jälgimise simulatsioonipilte.
See artikkel on mõeldud ainult akadeemiliseks jagamiseks. Rikkumise korral võtke meiega ühendust, et see kustutada.
Postitusaeg: 18. juuni 2024