SiC բյուրեղներում տեղահանման կառուցվածքի վերլուծություն ճառագայթների հետագծման մոդելավորման միջոցով, որն օգնում է ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերագրմանը

Հետազոտության նախապատմություն

Սիլիցիումի կարբիդի (SiC) կիրառական նշանակությունը. Որպես լայն բացվածքով կիսահաղորդչային նյութ, սիլիցիումի կարբիդը մեծ ուշադրություն է գրավել իր հիանալի էլեկտրական հատկությունների շնորհիվ (ինչպիսիք են ավելի մեծ կապանքը, էլեկտրոնների հագեցվածության բարձր արագությունը և ջերմային հաղորդունակությունը): Այս հատկությունները ստիպում են այն լայնորեն օգտագործել բարձր հաճախականության, բարձր ջերմաստիճանի և հզորության սարքերի արտադրության մեջ, հատկապես ուժային էլեկտրոնիկայի ոլորտում:

Բյուրեղային թերությունների ազդեցությունը. Չնայած SiC-ի այս առավելություններին, բյուրեղների թերությունները մնում են հիմնական խնդիր, որը խոչընդոտում է բարձր արդյունավետության սարքերի զարգացմանը: Այս թերությունները կարող են հանգեցնել սարքի աշխատանքի վատթարացման և ազդել սարքի հուսալիության վրա:
Ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերման տեխնոլոգիա. բյուրեղների աճը օպտիմալացնելու և սարքի աշխատանքի վրա թերությունների ազդեցությունը հասկանալու համար անհրաժեշտ է բնութագրել և վերլուծել SiC բյուրեղներում արատների կազմաձևումը: Ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերումը (հատկապես սինքրոտրոնային ճառագայթման ճառագայթների օգտագործմամբ) դարձել է բնութագրման կարևոր տեխնիկա, որը կարող է ստեղծել բյուրեղի ներքին կառուցվածքի բարձր լուծաչափով պատկերներ:
Հետազոտական ​​գաղափարներ
Հիմնված է ճառագայթների հետագծման մոդելավորման տեխնոլոգիայի վրա. Հոդվածում առաջարկվում է օգտագործել ճառագայթների հետագծման մոդելավորման տեխնոլոգիա՝ հիմնված կողմնորոշման հակադրության մեխանիզմի վրա՝ իրական ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերներում նկատվող արատների հակադրությունը մոդելավորելու համար: Ապացուցված է, որ այս մեթոդը տարբեր կիսահաղորդիչների բյուրեղային թերությունների հատկությունների ուսումնասիրության արդյունավետ միջոց է:
Մոդելավորման տեխնոլոգիայի բարելավում. 4H-SiC և 6H-SiC բյուրեղներում նկատված տարբեր տեղաշարժերը ավելի լավ մոդելավորելու համար հետազոտողները բարելավեցին ճառագայթների հետագծման մոդելավորման տեխնոլոգիան և ներառեցին մակերեսի թուլացման և ֆոտոէլեկտրական կլանման ազդեցությունները:
Հետազոտության բովանդակություն
Դիսլոկացիայի տիպի վերլուծություն. Հոդվածում համակարգված կերպով վերանայվում են տարբեր տիպի տեղահանումներ (օրինակ՝ պտուտակային տեղահանումներ, եզրերի տեղաշարժեր, խառը տեղահանումներ, բազալ հարթության տեղաշարժեր և Ֆրանկ տիպի տեղահանումներ) տարբեր պոլիտիպերի SiC (ներառյալ 4H և 6H) բնութագրերը՝ օգտագործելով ճառագայթների հետագծումը: մոդելավորման տեխնոլոգիա:
Մոդելավորման տեխնոլոգիայի կիրառում. Ուսումնասիրված է ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիայի տեխնոլոգիայի կիրառումը ճառագայթների տարբեր պայմաններում, ինչպիսիք են թույլ ճառագայթների տոպոլոգիան և հարթ ալիքային տոպոլոգիան, ինչպես նաև մոդելավորման տեխնոլոգիայի միջոցով տեղահանումների արդյունավետ ներթափանցման խորությունը որոշելու եղանակը:
Փորձերի և սիմուլյացիաների համակցություն. Փորձնականորեն ստացված ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերները նմանակված պատկերների հետ համեմատելով՝ ստուգվում է սիմուլյացիայի տեխնոլոգիայի ճշգրտությունը տեղահանման տեսակը, Burgers վեկտորը և բյուրեղում տեղահանումների տարածական բաշխումը:
Հետազոտական ​​եզրակացություններ
Մոդելավորման տեխնոլոգիայի արդյունավետությունը. Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիայի տեխնոլոգիան պարզ, ոչ կործանարար և միանշանակ մեթոդ է SiC-ում տարբեր տեսակի տեղաշարժերի հատկությունները բացահայտելու համար և կարող է արդյունավետորեն գնահատել տեղահանումների արդյունավետ ներթափանցման խորությունը:
3D տեղահանման կոնֆիգուրացիայի վերլուծություն. սիմուլյացիոն տեխնոլոգիայի միջոցով կարելի է կատարել 3D տեղահանման կազմաձևման վերլուծություն և խտության չափում, ինչը կարևոր է բյուրեղների աճի ընթացքում տեղահանումների վարքագիծն ու էվոլյուցիան հասկանալու համար:
Ապագա կիրառություններ. Ակնկալվում է, որ ճառագայթների հետագծման մոդելավորման տեխնոլոգիան հետագայում կկիրառվի բարձր էներգիայի տոպոլոգիայի, ինչպես նաև լաբորատորիայի վրա հիմնված ռենտգենյան տոպոլոգիայի համար: Բացի այդ, այս տեխնոլոգիան կարող է տարածվել նաև այլ պոլիտիպերի (օրինակ՝ 15R-SiC) կամ այլ կիսահաղորդչային նյութերի թերությունների բնութագրերի մոդելավորման վրա:
Նկարի ակնարկ

Նկ. 1. Սինքրոտրոնային ճառագայթման ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերների տեղադրման սխեմատիկ դիագրամ, ներառյալ փոխանցման (Laue) երկրաչափությունը, հակադարձ արտացոլման (Bragg) երկրաչափությունը և արածեցման արագության երկրաչափությունը: Այս երկրաչափությունները հիմնականում օգտագործվում են ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերներ գրանցելու համար։

Նկար 2. Պտուտակային տեղահանման շուրջ աղավաղված տարածքի ռենտգենյան դիֆրակցիայի սխեմատիկ դիագրամ: Այս նկարը բացատրում է ընկնող ճառագայթի (s0) և ցրված ճառագայթի (sg) միջև կապը տեղական դիֆրակցիոն հարթության նորմալ (n) և տեղական Բրագի անկյան (θB) հետ:

Նկար 3. 6H–SiC վաֆլի վրա միկրոխողովակների (MPs) հետադարձ անդրադարձով ռենտգենային տեղագրման պատկերներ և պտուտակի նմանակված տեղահանման (b = 6c) կոնտրաստը նույն դիֆրակցիոն պայմաններում:

Նկար 4. միկրոխողովակների զույգեր 6H–SiC վաֆլի հետադարձ անդրադարձման տեղագրական պատկերում: Միևնույն պատգամավորների պատկերները տարբեր տարածություններով և հակառակ ուղղություններով պատգամավորների պատկերները ցուցադրվում են ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիաներով:

Նկար 5. Արածեցման հաճախականության ռենտգենյան տոպոգրաֆիայի պատկերները 4H–SiC վաֆլի վրա փակ միջուկային պտուտակային տեղաշարժերի (TSDs) պատկերները ցույց են տրված: Պատկերները ցույց են տալիս ուժեղացված եզրերի հակադրություն:

Նկար 6. Արածեցման հաճախականության ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիաներ ցուցադրված են ձախ և աջակողմյան 1c TSD-ների ռենտգենյան տեղագրական պատկերները 4H–SiC վաֆլի վրա:

Նկար 7. Ցուցադրված են TSD-ների ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիաները 4H–SiC և 6H–SiC-ում՝ ցույց տալով տեղահանումներ տարբեր Burgers վեկտորների և պոլիտիպերի հետ:

Նկար 8. Ցույց է տալիս արածեցման հաճախականության ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերները 4H-SiC վաֆլիների վրա տարբեր տեսակի թելերի եզրերի տեղաշարժերի (TEDs) և TED տոպոլոգիական պատկերները, որոնք մոդելավորվել են ճառագայթների հետագծման մեթոդով:

Նկար 9. Ցույց է տալիս 4H-SiC վաֆլիների վրա տարբեր TED տիպերի ռենտգենյան հետադարձ արտացոլման տոպոլոգիական պատկերները և մոդելավորված TED կոնտրաստը:

Նկար 10. Ցույց է տալիս խառը թելերի տեղաշարժերի (TMDs) սիմուլյացիոն պատկերները՝ հատուկ Burgers վեկտորներով և փորձարարական տոպոլոգիական պատկերները:

Նկար 11. Ցույց է տալիս 4H-SiC վաֆլիների վրա բազալային հարթության տեղաշարժերի (BPDs) հետադարձ անդրադարձման տոպոլոգիական պատկերները և եզրերի դիսլոկացիայի մոդելավորված կոնտրաստի ձևավորման սխեմատիկ դիագրամը:

Նկար 12. Ցույց է տալիս աջակողմյան պտուտակավոր BPD-ների ճառագայթների հետագծման մոդելավորման պատկերները տարբեր խորություններում՝ հաշվի առնելով մակերեսի թուլացումը և ֆոտոէլեկտրական կլանման էֆեկտները:

Նկար 13. Ցույց է տալիս աջակողմյան պտուտակավոր BPD-ների ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիոն պատկերները տարբեր խորություններում և արածեցման հաճախականության ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերները:

Նկար 14. Ցույց է տալիս 4H-SiC վաֆլիների վրա ցանկացած ուղղությամբ բազալ հարթության տեղաշարժերի սխեմատիկ դիագրամը և ինչպես որոշել ներթափանցման խորությունը՝ չափելով պրոյեկցիայի երկարությունը:

Նկար 15. BPD-ների հակադրությունը տարբեր Burgers վեկտորների և գծերի ուղղությունների հետ արածեցման ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերներում և համապատասխան ճառագայթների հետագծման մոդելավորման արդյունքներում:

Նկար 16. Ցուցադրված են 4H-SiC վաֆլի վրա աջակողմյան շեղված TSD-ի ճառագայթների հետագծման մոդելավորման պատկերը և արածեցման ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերը:

Նկար 17. Ցուցադրված են ճառագայթների հետագծման մոդելավորումը և շեղված TSD-ի փորձնական պատկերը 8° օֆսեթ 4H-SiC վաֆլի վրա:

Նկար 18. Ցուցադրված են շեղված TSD և TMD-ների ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիոն պատկերները՝ տարբեր Burgers վեկտորներով, բայց նույն գծի ուղղությամբ:

Նկար 19. Ֆրանկ տիպի տեղաշարժերի ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիոն պատկերը և համապատասխան արածեցման ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերը ցուցադրված է:

Նկար 20. 6H-SiC վաֆլի վրա միկրոխողովակի փոխանցված սպիտակ ճառագայթի ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերը և ճառագայթների հետագծման մոդելավորման պատկերը ցուցադրված են:

Նկար 21. Ցուցադրված են 6H-SiC-ի առանցքով կտրված նմուշի արածեցման մոնոխրոմատիկ ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերը և BPD-ների ճառագայթների հետագծման մոդելավորման պատկերը:

Նկար 22. ցույց է տալիս BPD-ների ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիոն պատկերները 6H-SiC առանցքային կտրված նմուշներում տարբեր անկման անկյուններում:

Նկար 23. ցույց է տալիս TED, TSD և TMD-ների ճառագայթների հետագծման սիմուլյացիոն պատկերները 6H-SiC առանցքով կտրված նմուշներում՝ արածեցման անկման երկրաչափության ներքո:

Նկար 24. ցույց է տալիս շեղված TSD-ների ռենտգենյան տոպոլոգիական պատկերները իզոկլինիկական գծի տարբեր կողմերում 4H-SiC վաֆլի վրա և համապատասխան ճառագայթների հետագծման մոդելավորման պատկերները:

Այս հոդվածը միայն ակադեմիական կիսվելու համար է: Եթե ​​կա որևէ խախտում, խնդրում ենք կապվել մեզ հետ՝ այն ջնջելու համար: