Tło badawcze
Znaczenie aplikacyjne węglika krzemu (SiC): Jako materiał półprzewodnikowy o szerokim paśmie wzbronionym, węglik krzemu przyciąga wiele uwagi ze względu na jego doskonałe właściwości elektryczne (takie jak większy odstęp wzbroniony, wyższa prędkość nasycenia elektronów i przewodność cieplna). Te właściwości sprawiają, że jest szeroko stosowany w produkcji urządzeń o wysokiej częstotliwości, wysokiej temperaturze i dużej mocy, zwłaszcza w dziedzinie energoelektroniki.
Wpływ defektów kryształów: Pomimo tych zalet SiC, defekty kryształów pozostają głównym problemem utrudniającym rozwój urządzeń o wysokiej wydajności. Te defekty mogą powodować pogorszenie wydajności urządzenia i wpływać na jego niezawodność.
Technologia topologicznego obrazowania rentgenowskiego: Aby zoptymalizować wzrost kryształów i zrozumieć wpływ defektów na działanie urządzenia, konieczne jest scharakteryzowanie i przeanalizowanie konfiguracji defektów w kryształach SiC. Topologiczne obrazowanie rentgenowskie (szczególnie przy użyciu wiązek promieniowania synchrotronowego) stało się ważną techniką charakteryzowania, która może generować obrazy wewnętrznej struktury kryształu o wysokiej rozdzielczości.
Pomysły badawcze
W oparciu o technologię symulacji ray tracingu: W artykule zaproponowano zastosowanie technologii symulacji ray tracingu opartej na mechanizmie kontrastu orientacji do symulacji kontrastu defektów obserwowanego w rzeczywistych obrazach topologicznych rentgenowskich. Metoda ta okazała się skuteczną metodą badania właściwości defektów kryształów w różnych półprzewodnikach.
Udoskonalenie technologii symulacji: Aby lepiej symulować różne dyslokacje obserwowane w kryształach 4H-SiC i 6H-SiC, badacze udoskonalili technologię symulacji śledzenia promieni i uwzględnili efekty relaksacji powierzchni i absorpcji fotoelektrycznej.
Treść badań
Analiza typu dyslokacji: W artykule dokonano systematycznego przeglądu charakterystyki różnych typów dyslokacji (takich jak dyslokacje śrubowe, dyslokacje krawędziowe, dyslokacje mieszane, dyslokacje płaszczyzny podstawnej i dyslokacje typu Franka) w różnych politypach SiC (w tym 4H i 6H) z wykorzystaniem śledzenia promieni technologia symulacyjna.
Zastosowanie technologii symulacyjnej: Badane jest zastosowanie technologii symulacji śledzenia promieni w różnych warunkach wiązki, takich jak topologia wiązki słabej i topologia fali płaskiej, a także sposoby określania efektywnej głębokości penetracji dyslokacji za pomocą technologii symulacyjnej.
Połączenie eksperymentów i symulacji: Porównując otrzymane eksperymentalnie obrazy topologiczne rentgenowskie z obrazami symulowanymi, sprawdzana jest dokładność technologii symulacyjnej w określeniu typu dyslokacji, wektora Burgersa oraz przestrzennego rozkładu dyslokacji w krysztale.
Wnioski z badań
Skuteczność technologii symulacyjnej: Z przeprowadzonych badań wynika, że technologia symulacyjna wykorzystująca śledzenie promieni jest prostą, nieniszczącą i jednoznaczną metodą ujawniania właściwości różnych typów dyslokacji w SiC oraz pozwala skutecznie oszacować efektywną głębokość penetracji dyslokacji.
Analiza konfiguracji dyslokacji 3D: Dzięki technologii symulacji można przeprowadzić analizę konfiguracji dyslokacji 3D i pomiar gęstości, co ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia zachowania i ewolucji dyslokacji podczas wzrostu kryształów.
Przyszłe zastosowania: oczekuje się, że technologia symulacji śledzenia promieni będzie w dalszym ciągu stosowana w topologii wysokoenergetycznej, a także w laboratoryjnej topologii rentgenowskiej. Ponadto technologię tę można również rozszerzyć o symulację charakterystyki defektów innych politypów (takich jak 15R-SiC) lub innych materiałów półprzewodnikowych.
Przegląd rysunku
Ryc. 1: Schematyczny diagram konfiguracji topologicznego obrazowania rentgenowskiego promieniowania synchrotronowego, w tym geometria transmisji (Laue), geometria odwrotnego odbicia (Bragga) i geometria padania pasa. Geometrie te są wykorzystywane głównie do rejestrowania topologicznych obrazów rentgenowskich.
Ryc. 2: Schematyczny diagram dyfrakcji promieni rentgenowskich zniekształconego obszaru wokół przemieszczenia śruby. Rysunek ten wyjaśnia związek pomiędzy wiązką padającą (s0) i wiązką ugiętą (sg) z lokalną normalną płaszczyzną dyfrakcyjną (n) i lokalnym kątem Bragga (θB).
Ryc. 3: Obrazy topografii rentgenowskiej mikrorurek (MP) z odbiciem wstecznym na płytce 6H – SiC i kontrast symulowanej dyslokacji śruby (b = 6c) w tych samych warunkach dyfrakcyjnych.
Ryc. 4: Pary mikrorurek na obrazie topografii odbicia zwrotnego płytki 6H – SiC. Obrazy tych samych MP w różnych odstępach i MP w przeciwnych kierunkach są pokazane za pomocą symulacji śledzenia promieni.
Ryc. 5: Obrazy topograficzne rentgenowskie występowania wypasu przedstawiające dyslokacje śrubowe z zamkniętym rdzeniem (TSD) na płytce 4H – SiC. Na obrazach widać zwiększony kontrast krawędzi.
Ryc. 6: Symulacje ray tracingu częstości występowania wypasu Pokazano obrazy topografii rentgenowskiej lewoskrętnych i praworęcznych TSD 1c na płytce 4H – SiC.
Ryc. 7: Pokazano symulacje śledzenia promieni TSD w 4H – SiC i 6H – SiC, pokazując dyslokacje z różnymi wektorami i politypami Burgersa.
Ryc. 8: Pokazuje rentgenowskie obrazy topologiczne różnych typów przemieszczeń krawędzi gwintowania (TED) na płytkach 4H-SiC oraz obrazy topologiczne TED symulowane przy użyciu metody śledzenia promieni.
Ryc. 9: Pokazuje obrazy topologiczne odbicia wstecznego promieni rentgenowskich różnych typów TED na płytkach 4H-SiC oraz symulowany kontrast TED.
Ryc. 10: Pokazuje obrazy symulacyjne śledzenia promieni mieszanych dyslokacji gwintowych (TMD) z określonymi wektorami Burgersa oraz eksperymentalne obrazy topologiczne.
Ryc. 11: Pokazuje topologiczne obrazy odbicia wstecznego dyslokacji w płaszczyźnie podstawowej (BPD) na płytkach 4H-SiC oraz schematyczny diagram symulowanego tworzenia kontrastu dyslokacji krawędzi.
Ryc. 12: Pokazuje obrazy symulacyjne śledzenia promieni prawoskrętnych helikalnych BPD na różnych głębokościach, biorąc pod uwagę relaksację powierzchni i efekty absorpcji fotoelektrycznej.
Ryc. 13: Pokazuje obrazy symulacyjne śledzenia promieni prawoskrętnych helikalnych BPD na różnych głębokościach oraz obrazy topologiczne promieniowania rentgenowskiego padającego na powierzchnię.
Ryc. 14: Pokazuje schematyczny diagram przemieszczeń płaszczyzny podstawowej w dowolnym kierunku na płytkach 4H-SiC oraz sposób określania głębokości penetracji poprzez pomiar długości projekcji.
Ryc. 15: Kontrast BPD z różnymi wektorami Burgersa i kierunkami linii na obrazach topologicznych promieniowania rentgenowskiego padania pasaków oraz odpowiadające im wyniki symulacji śledzenia promieni.
Ryc. 16: Obraz symulacyjny śledzenia promieni prawoskrętnego odchylonego TSD na płytce 4H-SiC oraz obraz topologiczny promieniowania rentgenowskiego padania.
Ryc. 17: Pokazano symulację śledzenia promieni i obraz eksperymentalny odchylonego TSD na płytce 4H-SiC z przesunięciem 8°.
Ryc. 18: Pokazano obrazy symulacyjne śledzenia promieni odchylonych TSD i TMD z różnymi wektorami Burgersa, ale o tym samym kierunku linii.
Ryc. 19: Pokazano obraz symulacyjny śledzenia promieni dyslokacji typu Franka i odpowiadający im obraz topologiczny promieniowania rentgenowskiego padania.
Ryc. 20: Pokazano topologiczny obraz rentgenowski mikrorurki na płytce 6H-SiC w świetle transmitowanej wiązki białej oraz obraz symulacyjny śledzenia promieni.
Ryc. 21: Pokazano monochromatyczny obraz topologiczny promieniowania rentgenowskiego padania osiowo przeciętej próbki 6H-SiC oraz obraz symulacji śledzenia promieni BPD.
Ryc. 22: przedstawia obrazy symulacyjne śledzenia promieni BPD w próbkach wyciętych osiowo z 6H-SiC pod różnymi kątami padania.
Ryc. 23: przedstawia obrazy symulacji śledzenia promieni TED, TSD i TMD w próbkach wyciętych osiowo 6H-SiC w geometrii padania wypasu.
Ryc. 24: przedstawia topologiczne obrazy rentgenowskie odchylonych TSD po różnych stronach linii izoklinicznej na płytce 4H-SiC oraz odpowiadające im obrazy symulacyjne śledzenia promieni.
Ten artykuł jest przeznaczony wyłącznie do udostępniania akademickiego. Jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby je usunąć.
Czas publikacji: 18 czerwca 2024 r