Histórico de pesquisa
Importância da aplicação do carboneto de silício (SiC): Como um material semicondutor de amplo bandgap, o carboneto de silício tem atraído muita atenção devido às suas excelentes propriedades elétricas (como maior bandgap, maior velocidade de saturação de elétrons e condutividade térmica). Essas propriedades o tornam amplamente utilizado na fabricação de dispositivos de alta frequência, alta temperatura e alta potência, especialmente no campo da eletrônica de potência.
Influência dos defeitos dos cristais: Apesar destas vantagens do SiC, os defeitos nos cristais continuam a ser um grande problema que dificulta o desenvolvimento de dispositivos de alto desempenho. Esses defeitos podem causar degradação do desempenho do dispositivo e afetar a confiabilidade do dispositivo.
Tecnologia de imagem topológica de raios X: Para otimizar o crescimento do cristal e compreender o impacto dos defeitos no desempenho do dispositivo, é necessário caracterizar e analisar a configuração do defeito nos cristais de SiC. A imagem topológica de raios X (especialmente usando feixes de radiação síncrotron) tornou-se uma importante técnica de caracterização que pode produzir imagens de alta resolução da estrutura interna do cristal.
Ideias de pesquisa
Baseado na tecnologia de simulação de traçado de raios: O artigo propõe o uso de tecnologia de simulação de traçado de raios baseada no mecanismo de contraste de orientação para simular o contraste do defeito observado em imagens topológicas de raios X reais. Este método provou ser uma forma eficaz de estudar as propriedades de defeitos cristalinos em vários semicondutores.
Melhoria da tecnologia de simulação: Para simular melhor os diferentes deslocamentos observados nos cristais 4H-SiC e 6H-SiC, os pesquisadores aprimoraram a tecnologia de simulação de traçado de raios e incorporaram os efeitos de relaxamento superficial e absorção fotoelétrica.
Conteúdo de pesquisa
Análise do tipo de luxação: O artigo revisa sistematicamente a caracterização de diferentes tipos de luxações (como luxações em parafuso, luxações de borda, luxações mistas, luxações do plano basal e luxações do tipo Frank) em diferentes politipos de SiC (incluindo 4H e 6H) usando traçado de raios tecnologia de simulação.
Aplicação da tecnologia de simulação: Estuda-se a aplicação da tecnologia de simulação de rastreamento de raios sob diferentes condições de feixe, como topologia de feixe fraco e topologia de onda plana, bem como como determinar a profundidade efetiva de penetração de discordâncias por meio de tecnologia de simulação.
Combinação de experimentos e simulações: Ao comparar as imagens topológicas de raios X obtidas experimentalmente com as imagens simuladas, verifica-se a precisão da tecnologia de simulação na determinação do tipo de discordância, do vetor de Burgers e da distribuição espacial das discordâncias no cristal.
Conclusões da pesquisa
Eficácia da tecnologia de simulação: O estudo mostra que a tecnologia de simulação de traçado de raios é um método simples, não destrutivo e inequívoco para revelar as propriedades de diferentes tipos de discordâncias no SiC e pode estimar com eficácia a profundidade efetiva de penetração das discordâncias.
Análise de configuração de discordâncias 3D: Através da tecnologia de simulação, a análise de configuração de discordâncias 3D e a medição de densidade podem ser realizadas, o que é crucial para a compreensão do comportamento e da evolução das discordâncias durante o crescimento do cristal.
Aplicações futuras: Espera-se que a tecnologia de simulação de rastreamento de raios seja aplicada posteriormente à topologia de alta energia, bem como à topologia de raios X baseada em laboratório. Além disso, esta tecnologia também pode ser estendida à simulação de características de defeitos de outros politipos (como 15R-SiC) ou outros materiais semicondutores.
Visão geral da figura
1: Diagrama esquemático da configuração de imagem topológica de raios X de radiação síncrotron, incluindo geometria de transmissão (Laue), geometria de reflexão reversa (Bragg) e geometria de incidência rasante. Essas geometrias são usadas principalmente para registrar imagens topológicas de raios X.
Fig. 2: Diagrama esquemático da difração de raios X da área distorcida ao redor do deslocamento do parafuso. Esta figura explica a relação entre o feixe incidente (s0) e o feixe difratado (sg) com o plano de difração local normal (n) e o ângulo de Bragg local (θB).
3: Imagens de topografia de raios X de reflexão traseira de microtubos (MPs) em um wafer 6H-SiC e o contraste de um deslocamento de parafuso simulado (b = 6c) sob as mesmas condições de difração.
4: Pares de microtubos em uma imagem topográfica de reflexão traseira de um wafer 6H-SiC. Imagens dos mesmos MPs com espaçamentos diferentes e MPs em direções opostas são mostradas por simulações de traçado de raios.
5: São mostradas imagens de topografia de raios X de incidência rasante de luxações de parafuso de núcleo fechado (TSDs) em um wafer 4H-SiC. As imagens mostram contraste aprimorado nas bordas.
6: Simulações de rastreamento de raios de imagens de topografia de raios X de incidência rasante de TSDs 1c canhotos e destros em um wafer 4H – SiC são mostradas.
7: São mostradas simulações de traçado de raios de TSDs em 4H –SiC e 6H –SiC, mostrando deslocamentos com diferentes vetores e politipos de Burgers.
8: Mostra as imagens topológicas de raios X de incidência rasante de diferentes tipos de deslocamentos de borda rosqueada (TEDs) em wafers 4H-SiC, e as imagens topológicas TED simuladas usando o método de traçado de raio.
9: Mostra as imagens topológicas de retro-reflexão de raios X de vários tipos de TED em wafers 4H-SiC e o contraste TED simulado.
10: Mostra as imagens de simulação de traçado de raios de discordâncias de rosca mista (TMDs) com vetores de Burgers específicos e as imagens topológicas experimentais.
Fig. 11: Mostra as imagens topológicas de reflexão traseira de discordâncias do plano basal (BPDs) em wafers 4H-SiC e o diagrama esquemático da formação de contraste de discordância de borda simulada.
12: Mostra as imagens de simulação de traçado de raio de BPDs helicoidais destros em diferentes profundidades, considerando o relaxamento da superfície e os efeitos de absorção fotoelétrica.
13: Mostra as imagens de simulação de traçado de raios de BPDs helicoidais destros em diferentes profundidades e as imagens topológicas de raios X de incidência rasante.
14: Mostra o diagrama esquemático das luxações do plano basal em qualquer direção em wafers 4H-SiC e como determinar a profundidade de penetração medindo o comprimento da projeção.
15: O contraste de BPDs com diferentes vetores Burgers e direções de linha nas imagens topológicas de raios X de incidência rasante e os resultados correspondentes da simulação de traçado de raios.
16: A imagem de simulação de traçado de raio do TSD desviado para a direita no wafer 4H-SiC e a imagem topológica de raios X de incidência rasante são mostradas.
17: A simulação de traçado de raio e a imagem experimental do TSD desviado no wafer 4H-SiC com deslocamento de 8° são mostradas.
18: São mostradas as imagens de simulação de traçado de raio do TSD e TMDs desviados com diferentes vetores Burgers, mas com a mesma direção de linha.
19: A imagem de simulação de traçado de raios de discordâncias do tipo Frank e a imagem topológica de raios X de incidência rasante correspondente são mostradas.
20: A imagem topológica de raios X de feixe branco transmitido do microtubo no wafer 6H-SiC e a imagem de simulação de traçado de raio são mostradas.
21: A imagem topológica de raios X monocromática de incidência rasante da amostra cortada axialmente de 6H-SiC e a imagem de simulação de traçado de raio dos BPDs são mostradas.
Figura 22: mostra as imagens de simulação de traçado de raios de BPDs em amostras cortadas axialmente de 6H-SiC em diferentes ângulos de incidência.
Figura 23: mostra as imagens de simulação de traçado de raios de TED, TSD e TMDs em amostras de 6H-SiC cortadas axialmente sob geometria de incidência rasante.
24: mostra as imagens topológicas de raios X de TSDs desviados em diferentes lados da linha isoclínica no wafer 4H-SiC e as imagens de simulação de traçado de raio correspondentes.
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Horário da postagem: 18 de junho de 2024