Contexte de recherche
Importance de l'application du carbure de silicium (SiC) : En tant que matériau semi-conducteur à large bande interdite, le carbure de silicium a attiré beaucoup d'attention en raison de ses excellentes propriétés électriques (telles qu'une bande interdite plus grande, une vitesse de saturation électronique et une conductivité thermique plus élevées). Ces propriétés le rendent largement utilisé dans la fabrication de dispositifs haute fréquence, haute température et haute puissance, en particulier dans le domaine de l'électronique de puissance.
Influence des défauts des cristaux : Malgré ces avantages du SiC, les défauts des cristaux restent un problème majeur freinant le développement de dispositifs hautes performances. Ces défauts peuvent entraîner une dégradation des performances du périphérique et affecter sa fiabilité.
Technologie d'imagerie topologique aux rayons X : afin d'optimiser la croissance cristalline et de comprendre l'impact des défauts sur les performances du dispositif, il est nécessaire de caractériser et d'analyser la configuration des défauts dans les cristaux SiC. L’imagerie topologique aux rayons X (notamment à l’aide de faisceaux de rayonnement synchrotron) est devenue une technique de caractérisation importante permettant de produire des images haute résolution de la structure interne du cristal.
Idées de recherche
Basé sur la technologie de simulation de traçage de rayons : L'article propose l'utilisation d'une technologie de simulation de traçage de rayons basée sur le mécanisme de contraste d'orientation pour simuler le contraste de défauts observé dans des images topologiques radiologiques réelles. Cette méthode s’est avérée efficace pour étudier les propriétés des défauts cristallins de divers semi-conducteurs.
Amélioration de la technologie de simulation : Afin de mieux simuler les différentes dislocations observées dans les cristaux de 4H-SiC et de 6H-SiC, les chercheurs ont amélioré la technologie de simulation de lancer de rayons et incorporé les effets de relaxation de surface et d'absorption photoélectrique.
Contenu de la recherche
Analyse des types de luxations : l'article passe systématiquement en revue la caractérisation de différents types de luxations (telles que les luxations en vis, les luxations de bord, les luxations mixtes, les luxations du plan basal et les luxations de type Frank) dans différents polytypes de SiC (y compris 4H et 6H) à l'aide du lancer de rayons. technologie de simulation.
Application de la technologie de simulation : L'application de la technologie de simulation par lancer de rayons dans différentes conditions de faisceau telles que la topologie de faisceau faible et la topologie d'onde plane, ainsi que la manière de déterminer la profondeur de pénétration effective des dislocations grâce à la technologie de simulation sont étudiées.
Combinaison d'expériences et de simulations : en comparant les images topologiques aux rayons X obtenues expérimentalement avec les images simulées, la précision de la technologie de simulation dans la détermination du type de dislocation, du vecteur de Burgers et de la distribution spatiale des dislocations dans le cristal est vérifiée.
Conclusions de la recherche
Efficacité de la technologie de simulation : L'étude montre que la technologie de simulation par lancer de rayons est une méthode simple, non destructive et sans ambiguïté pour révéler les propriétés de différents types de dislocations dans le SiC et peut estimer efficacement la profondeur de pénétration effective des dislocations.
Analyse de la configuration des dislocations 3D : grâce à la technologie de simulation, une analyse de la configuration des dislocations 3D et une mesure de la densité peuvent être effectuées, ce qui est crucial pour comprendre le comportement et l'évolution des dislocations au cours de la croissance cristalline.
Applications futures : La technologie de simulation par lancer de rayons devrait être appliquée davantage à la topologie à haute énergie ainsi qu'à la topologie des rayons X en laboratoire. De plus, cette technologie peut également être étendue à la simulation des caractéristiques des défauts d'autres polytypes (tels que le 15R-SiC) ou d'autres matériaux semi-conducteurs.
Présentation de la figure
Fig. 1 : Diagramme schématique de la configuration d'imagerie topologique à rayons X par rayonnement synchrotron, y compris la géométrie de transmission (Laue), la géométrie de réflexion inverse (Bragg) et la géométrie d'incidence rasante. Ces géométries sont principalement utilisées pour enregistrer des images topologiques aux rayons X.
Fig. 2 : Diagramme schématique de la diffraction des rayons X de la zone déformée autour de la luxation de la vis. Cette figure explique la relation entre le faisceau incident (s0) et le faisceau diffracté (sg) avec la normale du plan de diffraction local (n) et l'angle de Bragg local (θB).
Fig. 3 : Images topographiques aux rayons X en rétro-réflexion de microtuyaux (MP) sur une plaquette 6H – SiC et contraste d'une dislocation de vis simulée (b = 6c) dans les mêmes conditions de diffraction.
Fig. 4 : Paires de microtubes dans une image topographique en rétro-réflexion d'une plaquette 6H-SiC. Des images des mêmes MP avec des espacements différents et des MP dans des directions opposées sont affichées par des simulations de lancer de rayons.
Fig. 5 : Des images topographiques aux rayons X à incidence rasante de luxations de vis à noyau fermé (TSD) sur une plaquette 4H – SiC sont présentées. Les images montrent un contraste de bord amélioré.
Fig. 6 : Des simulations de traçage de rayons d'images topographiques aux rayons X à incidence rasante de TSD 1c gauchers et droitiers sur une plaquette 4H – SiC sont présentées.
Fig. 7 : Des simulations de traçage de rayons de TSD dans 4H – SiC et 6H – SiC sont présentées, montrant des dislocations avec différents vecteurs et polytypes de Burgers.
Fig. 8 : Montre les images topologiques aux rayons X à incidence rasante de différents types de dislocations de bord de filetage (TED) sur des tranches de 4H-SiC, ainsi que les images topologiques TED simulées à l'aide de la méthode de traçage de rayons.
Fig. 9 : Montre les images topologiques de rétroréflexion des rayons X de différents types de TED sur des tranches de 4H-SiC, ainsi que le contraste TED simulé.
Fig. 10 : Montre les images de simulation de lancer de rayons de dislocations de threads mixtes (TMD) avec des vecteurs de Burgers spécifiques, ainsi que les images topologiques expérimentales.
Fig. 11 : montre les images topologiques de rétroréflexion des luxations du plan basal (BPD) sur des tranches de 4H-SiC, ainsi que le diagramme schématique de la formation de contraste de dislocation de bord simulée.
Fig. 12 : Montre les images de simulation de traçage de rayons de BPD hélicoïdaux droitiers à différentes profondeurs en tenant compte des effets de relaxation de surface et d'absorption photoélectrique.
Fig. 13 : Montre les images de simulation de traçage de rayons de BPD hélicoïdaux droitiers à différentes profondeurs, ainsi que les images topologiques de rayons X à incidence rasante.
Fig. 14 : montre le diagramme schématique des luxations du plan basal dans n'importe quelle direction sur des tranches de 4H-SiC, et comment déterminer la profondeur de pénétration en mesurant la longueur de projection.
Fig. 15 : Le contraste des BPD avec différents vecteurs de Burgers et directions de lignes dans les images topologiques de rayons X à incidence rasante et les résultats de simulation de traçage de rayons correspondants.
Fig. 16 : L'image de simulation de traçage de rayons du TSD dévié vers la droite sur la plaquette de 4H-SiC et l'image topologique des rayons X à incidence rasante sont présentées.
Fig. 17 : La simulation de traçage de rayons et l'image expérimentale du TSD dévié sur la plaquette 4H-SiC décalée de 8° sont présentées.
Fig. 18 : Les images de simulation de lancer de rayons des TSD et TMD déviés avec différents vecteurs de Burgers mais avec la même direction de ligne sont affichées.
Fig. 19 : L'image de simulation de traçage de rayons de dislocations de type Frank et l'image topologique de rayons X à incidence rasante correspondante sont présentées.
Fig. 20 : L'image topologique en rayons X à faisceau blanc transmis du microtuyau sur la plaquette de 6H-SiC et l'image de simulation de traçage de rayons sont présentées.
Fig. 21 : L'image topologique de rayons X monochromatiques à incidence rasante de l'échantillon coupé axialement de 6H-SiC et l'image de simulation de traçage de rayons des BPD sont présentées.
Fig. 22 : montre les images de simulation de traçage de rayons de BPD dans des échantillons de 6H-SiC coupés axialement à différents angles d'incidence.
Fig. 23 : montre les images de simulation de traçage de rayons de TED, TSD et TMD dans des échantillons coupés axialement en 6H-SiC sous géométrie d'incidence rasante.
Fig. 24 : montre les images topologiques aux rayons X des TSD déviés sur différents côtés de la ligne isocline sur la plaquette 4H-SiC, ainsi que les images de simulation de traçage de rayons correspondantes.
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Heure de publication : 18 juin 2024