एक्स-रे टोपोलोजिकल इमेजिङद्वारा सहायता प्राप्त रे ट्रेसिङ सिमुलेशनद्वारा SiC क्रिस्टलमा अव्यवस्था संरचनाको विश्लेषण

अनुसन्धान पृष्ठभूमि

सिलिकन कार्बाइड (SiC): फराकिलो ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर सामग्रीको रूपमा, सिलिकन कार्बाइडले यसको उत्कृष्ट विद्युतीय गुणहरू (जस्तै ठूलो ब्यान्डग्याप, उच्च इलेक्ट्रोन संतृप्ति वेग र थर्मल चालकता) को कारणले धेरै ध्यान आकर्षित गरेको छ। यी गुणहरूले यसलाई उच्च-फ्रिक्वेन्सी, उच्च-तापमान र उच्च-शक्ति उपकरण निर्माणमा, विशेष गरी पावर इलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गर्दछ।

क्रिस्टल दोषहरूको प्रभाव: SiC को यी फाइदाहरूको बावजुद, क्रिस्टलहरूमा दोषहरू उच्च-प्रदर्शन उपकरणहरूको विकासमा बाधा पुर्‍याउने प्रमुख समस्या बनी रहन्छ। यी दोषहरूले यन्त्रको कार्यसम्पादनमा ह्रास ल्याउन सक्छ र यन्त्रको विश्वसनीयतालाई असर गर्न सक्छ।
एक्स-रे टोपोलोजिकल इमेजिङ टेक्नोलोजी: क्रिस्टलको वृद्धिलाई अनुकूलन गर्न र उपकरणको प्रदर्शनमा दोषहरूको प्रभाव बुझ्नको लागि, यो SiC क्रिस्टलमा दोष कन्फिगरेसन विशेषता र विश्लेषण गर्न आवश्यक छ। एक्स-रे टोपोलोजिकल इमेजिङ (विशेष गरी सिंक्रोट्रोन विकिरण बीमहरू प्रयोग गरेर) क्रिस्टलको आन्तरिक संरचनाको उच्च-रिजोल्युसन छविहरू उत्पादन गर्न सक्ने महत्त्वपूर्ण चरित्रीकरण प्रविधि भएको छ।
अनुसन्धान विचारहरू
रे ट्रेसिङ सिमुलेशन टेक्नोलोजीमा आधारित: लेखले वास्तविक एक्स-रे टोपोलोजिकल छविहरूमा देखाइएको दोष कन्ट्रास्ट अनुकरण गर्न अभिमुखीकरण कन्ट्रास्ट मेकानिज्ममा आधारित रे ट्रेसिङ सिमुलेशन टेक्नोलोजीको प्रयोग प्रस्ताव गर्दछ। यो विधि विभिन्न अर्धचालकहरूमा क्रिस्टल दोषहरूको गुणहरू अध्ययन गर्न प्रभावकारी तरिका साबित भएको छ।
सिमुलेशन टेक्नोलोजीको सुधार: 4H-SiC र 6H-SiC क्रिस्टलहरूमा अवलोकन गरिएका विभिन्न विस्थापनहरूलाई राम्रोसँग अनुकरण गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले रे ट्रेसिङ सिमुलेशन प्रविधिमा सुधार गरे र सतह विश्राम र फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषणको प्रभावहरू समावेश गरे।
अनुसन्धान सामग्री
विस्थापन प्रकार विश्लेषण: लेखले विभिन्न प्रकारका विस्थापनहरू (जस्तै स्क्रू विस्थापन, किनारा अव्यवस्था, मिश्रित विस्थापन, बेसल प्लेन डिसलोकेशन र फ्र्याङ्क-प्रकार विस्थापन) को विभिन्न बहुप्रकारहरू (4H र 6H प्रयोग गरेर 4H र 6H सहित) को विशेषताहरूको व्यवस्थित रूपमा समीक्षा गर्दछ। सिमुलेशन प्रविधि।
सिमुलेशन टेक्नोलोजीको प्रयोग: कमजोर बीम टोपोलोजी र प्लेन वेभ टोपोलोजी जस्ता विभिन्न बीम अवस्थाहरूमा रे ट्रेसिङ सिमुलेशन टेक्नोलोजीको प्रयोग, साथै सिमुलेशन टेक्नोलोजी मार्फत विस्थापनको प्रभावकारी प्रवेश गहिराइ कसरी निर्धारण गर्ने भन्ने बारे अध्ययन गरिन्छ।
प्रयोगहरू र सिमुलेशनहरूको संयोजन: प्रयोगात्मक रूपमा प्राप्त गरिएका एक्स-रे टोपोलोजिकल छविहरूलाई सिमुलेटेड छविहरूसँग तुलना गरेर, डिसलोकेशन प्रकार, बर्गर भेक्टर र क्रिस्टलमा विस्थापनहरूको स्थानिय वितरण निर्धारण गर्न सिमुलेशन प्रविधिको शुद्धता प्रमाणित हुन्छ।
अनुसन्धान निष्कर्ष
सिमुलेशन टेक्नोलोजीको प्रभावकारिता: अध्ययनले देखाउँछ कि रे ट्रेसिङ सिमुलेशन टेक्नोलोजी एक सरल, गैर-विनाशकारी र अस्पष्ट विधि हो जसले SiC मा विभिन्न प्रकारका विस्थापनहरूको गुणहरू प्रकट गर्दछ र प्रभावकारी रूपमा dislocations को प्रभावकारी प्रवेश गहिराइ अनुमान गर्न सक्छ।
थ्रीडी डिसलोकेशन कन्फिगरेसन विश्लेषण: सिमुलेशन टेक्नोलोजी मार्फत, थ्रीडी डिसलोकेशन कन्फिगरेसन विश्लेषण र घनत्व मापन गर्न सकिन्छ, जुन क्रिस्टल बृद्धिको क्रममा अव्यवस्थाको व्यवहार र विकास बुझ्नको लागि महत्त्वपूर्ण छ।
भविष्यका अनुप्रयोगहरू: रे ट्रेसिङ सिमुलेशन टेक्नोलोजीलाई उच्च ऊर्जा टोपोलोजीका साथै प्रयोगशालामा आधारित एक्स-रे टोपोलोजीमा थप लागू हुने अपेक्षा गरिएको छ। थप रूपमा, यो प्रविधिलाई अन्य पोलिटाइपहरू (जस्तै 15R-SiC) वा अन्य अर्धचालक सामग्रीहरूको दोष विशेषताहरूको सिमुलेशनमा पनि विस्तार गर्न सकिन्छ।
चित्र अवलोकन

चित्र १: ट्रान्समिशन (लाउ) ज्यामिति, रिभर्स रिफ्लेक्शन (ब्राग) ज्यामिति, र चराउने घटना ज्यामिति सहित, सिंक्रोट्रोन विकिरण एक्स-रे टोपोलोजिकल इमेजिङ सेटअपको योजनाबद्ध रेखाचित्र। यी ज्यामितिहरू मुख्यतया एक्स-रे टोपोलोजिकल छविहरू रेकर्ड गर्न प्रयोग गरिन्छ।

चित्र २: स्क्रू विस्थापनको वरिपरि विकृत क्षेत्रको एक्स-रे विवर्तनको योजनाबद्ध रेखाचित्र। यो आंकडाले घटना बीम (s0) र स्थानीय विवर्तन समतल सामान्य (n) र स्थानीय ब्राग कोण (θB) सँग विच्छेदित बीम (sg) बीचको सम्बन्धलाई व्याख्या गर्दछ।

चित्र 3: 6H–SiC वेफरमा माइक्रोपाइपहरू (MPs) को ब्याक-रिफ्लेक्शन एक्स-रे टोपोग्राफी छविहरू र एउटै विवर्तन अवस्थाहरूमा सिमुलेटेड स्क्रू डिस्लोकेशन (b = 6c) को कन्ट्रास्ट।

चित्र 4: 6H–SiC वेफरको ब्याक-रिफ्लेक्शन टोपोग्राफी छविमा माइक्रोपाइप जोडीहरू। एउटै सांसदहरूको फरक स्पेसिङहरू र विपरीत दिशाहरूमा सांसदहरूको छविहरू रे ट्रेसिङ सिमुलेशनद्वारा देखाइन्छ।

चित्र 5: 4H–SiC वेफरमा क्लोज-कोर स्क्रू डिसलोकेशन (TSDs) को चराउने घटना एक्स-रे टोपोग्राफी छविहरू देखाइन्छ। छविहरूले विस्तारित किनारा कन्ट्रास्ट देखाउँदछ।

चित्र 6: 4H–SiC वेफरमा बायाँ-हात र दायाँ-हातको 1c TSDs को चराउने घटनाहरूको एक्स-रे टोपोग्राफी छविहरूको रे ट्रेसिङ सिमुलेशनहरू देखाइएको छ।

चित्र 7: 4H-SiC र 6H-SiC मा TSDs को रे ट्रेसिङ सिमुलेशनहरू देखाइन्छ, विभिन्न बर्गर भेक्टरहरू र पोलिटाइपहरूसँग विस्थापन देखाउँदै।

चित्र 8: 4H-SiC वेफर्समा विभिन्न प्रकारका थ्रेडिङ एज डिस्लोकेशन (TEDs) को चराउने घटना एक्स-रे टोपोलोजिकल छविहरू र रे ट्रेसिङ विधि प्रयोग गरी सिमुलेटेड TED टोपोलोजिकल छविहरू देखाउँदछ।

चित्र 9: 4H-SiC वेफर्समा विभिन्न TED प्रकारका एक्स-रे ब्याक-रिफ्लेक्शन टोपोलोजिकल छविहरू र सिमुलेटेड TED कन्ट्रास्ट देखाउँछ।

चित्र 10: विशिष्ट बर्गर भेक्टरहरू, र प्रयोगात्मक टोपोलोजिकल छविहरूसँग मिश्रित थ्रेडिङ डिसलोकेशन (TMDs) को रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छविहरू देखाउँछ।

चित्र 11: 4H-SiC वेफर्समा बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (BPDs) को ब्याक-रिफ्लेक्शन टोपोलॉजिकल छविहरू र सिमुलेटेड एज डिस्लोकेशन कन्ट्रास्ट गठनको योजनाबद्ध रेखाचित्र देखाउँछ।

Fig. 12: सतह विश्राम र फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण प्रभावहरू विचार गर्दै विभिन्न गहिराइहरूमा दायाँ-हात हेलिकल BPDs को रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छविहरू देखाउँछ।

चित्र 13: विभिन्न गहिराइमा दायाँ-हात हेलिकल बीपीडीहरूको रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छविहरू, र चराउने घटना एक्स-रे टोपोलोजिकल छविहरू देखाउँदछ।

चित्र 14: 4H-SiC वेफर्समा कुनै पनि दिशामा बेसल प्लेन डिस्लोकेशनको योजनाबद्ध रेखाचित्र देखाउँदछ, र प्रक्षेपण लम्बाइ नाप्दै प्रवेश गहिराइ कसरी निर्धारण गर्ने।

चित्र 15: विभिन्न बर्गर भेक्टरहरू र चरन घटना एक्स-रे टोपोलोजिकल छविहरूमा रेखा दिशाहरू, र सम्बन्धित रे ट्रेसिङ सिमुलेशन परिणामहरूसँग BPDs को कन्ट्रास्ट।

चित्र 16: 4H-SiC वेफरमा दायाँ-हातको विचलित TSD को रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छवि, र चराउने घटना एक्स-रे टोपोलोजिकल छवि देखाइएको छ।

चित्र 17: 8° अफसेट 4H-SiC वेफरमा विचलित TSD को रे ट्रेसिङ सिमुलेशन र प्रयोगात्मक छवि देखाइएको छ।

चित्र 18: विभिन्न बर्गर भेक्टरहरू भएका तर एउटै रेखा दिशा देखाइएको विचलित TSD र TMD हरूको रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छविहरू।

चित्र 19: फ्र्याङ्क-प्रकार विस्थापनको रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छवि, र सम्बन्धित चराउने घटना एक्स-रे टोपोलोजिकल छवि देखाइएको छ।

चित्र 20: 6H-SiC वेफरमा माइक्रोपाइपको प्रसारित सेतो बीम एक्स-रे टोपोलोजिकल छवि, र रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छवि देखाइएको छ।

चित्र 21: 6H-SiC को अक्षीय रूपमा काटिएको नमूनाको चराउने घटना मोनोक्रोमेटिक एक्स-रे टोपोलोजिकल छवि, र BPDs को रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छवि देखाइएको छ।

चित्र 22: विभिन्न घटना कोणहरूमा 6H-SiC अक्षीय रूपमा काटिएका नमूनाहरूमा BPDs को रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छविहरू देखाउँछ।

चित्र 23: TED, TSD र TMDs को 6H-SiC अक्षीय रूपमा काटिएका नमूनाहरू चराउने घटना ज्यामिति अन्तर्गत रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छविहरू देखाउँदछ।

Fig. 24: 4H-SiC वेफरमा आइसोक्लिनिक रेखाको विभिन्न छेउमा विचलित TSDs को एक्स-रे टोपोलोजिकल छविहरू, र सम्बन्धित रे ट्रेसिङ सिमुलेशन छविहरू देखाउँछ।

यो लेख शैक्षिक साझेदारीको लागि मात्र हो। यदि त्यहाँ कुनै उल्लङ्घन छ भने, कृपया यसलाई मेटाउन हामीलाई सम्पर्क गर्नुहोस्।