Bối cảnh nghiên cứu
Tầm quan trọng ứng dụng của cacbua silic (SiC): Là vật liệu bán dẫn có vùng cấm rộng, cacbua silic đã thu hút nhiều sự chú ý nhờ các đặc tính điện tuyệt vời của nó (chẳng hạn như vùng cấm lớn hơn, tốc độ bão hòa electron cao hơn và độ dẫn nhiệt). Những đặc tính này làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thiết bị tần số cao, nhiệt độ cao và công suất cao, đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử công suất.
Ảnh hưởng của khuyết tật tinh thể: Bất chấp những ưu điểm này của SiC, khuyết tật trong tinh thể vẫn là vấn đề lớn cản trở sự phát triển của các thiết bị hiệu suất cao. Những khiếm khuyết này có thể làm giảm hiệu suất của thiết bị và ảnh hưởng đến độ tin cậy của thiết bị.
Công nghệ hình ảnh cấu trúc liên kết tia X: Để tối ưu hóa sự phát triển của tinh thể và hiểu được tác động của các khuyết tật đến hiệu suất thiết bị, cần mô tả và phân tích cấu hình khuyết tật trong tinh thể SiC. Hình ảnh tôpô tia X (đặc biệt là sử dụng chùm bức xạ synchrotron) đã trở thành một kỹ thuật mô tả đặc tính quan trọng có thể tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao về cấu trúc bên trong của tinh thể.
Ý tưởng nghiên cứu
Dựa trên công nghệ mô phỏng dò tia: Bài báo đề xuất sử dụng công nghệ mô phỏng dò tia dựa trên cơ chế tương phản định hướng để mô phỏng độ tương phản khuyết tật quan sát được trong ảnh tôpô tia X thực tế. Phương pháp này đã được chứng minh là một cách hiệu quả để nghiên cứu tính chất của khuyết tật tinh thể trong các chất bán dẫn khác nhau.
Cải tiến công nghệ mô phỏng: Để mô phỏng tốt hơn các sai lệch khác nhau được quan sát thấy trong tinh thể 4H-SiC và 6H-SiC, các nhà nghiên cứu đã cải tiến công nghệ mô phỏng dò tia và kết hợp các tác động của sự giãn bề mặt và sự hấp thụ quang điện.
Nội dung nghiên cứu
Phân tích loại trật khớp: Bài viết đánh giá một cách có hệ thống đặc điểm của các loại trật khớp khác nhau (chẳng hạn như trật khớp vít, trật khớp cạnh, trật khớp hỗn hợp, trật khớp mặt phẳng cơ bản và trật khớp kiểu Frank) trong các polytype khác nhau của SiC (bao gồm 4H và 6H) bằng phương pháp dò tia công nghệ mô phỏng.
Ứng dụng công nghệ mô phỏng: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mô phỏng dò tia trong các điều kiện chùm tia khác nhau như cấu trúc liên kết chùm tia yếu và cấu trúc liên kết sóng phẳng cũng như cách xác định độ sâu xuyên thấu hiệu quả của các sai lệch thông qua công nghệ mô phỏng.
Kết hợp thí nghiệm và mô phỏng: Bằng cách so sánh các hình ảnh tôpô tia X thu được từ thực nghiệm với các hình ảnh mô phỏng, độ chính xác của công nghệ mô phỏng trong việc xác định loại sai lệch, vectơ Burgers và sự phân bố không gian của sai lệch trong tinh thể đã được xác minh.
Kết luận nghiên cứu
Hiệu quả của công nghệ mô phỏng: Nghiên cứu cho thấy công nghệ mô phỏng dò tia là một phương pháp đơn giản, không phá hủy và rõ ràng để phát hiện các đặc tính của các loại sai lệch khác nhau trong SiC và có thể ước tính một cách hiệu quả độ sâu thâm nhập hiệu quả của sai lệch.
Phân tích cấu hình sai lệch 3D: Thông qua công nghệ mô phỏng, có thể thực hiện phân tích cấu hình sai lệch 3D và đo mật độ, điều này rất quan trọng để hiểu hành vi và sự phát triển của sai lệch trong quá trình phát triển tinh thể.
Các ứng dụng trong tương lai: Công nghệ mô phỏng dò tia dự kiến sẽ được áp dụng rộng rãi hơn cho cấu trúc liên kết năng lượng cao cũng như cấu trúc liên kết tia X trong phòng thí nghiệm. Ngoài ra, công nghệ này cũng có thể được mở rộng để mô phỏng các đặc điểm khuyết tật của các polytype khác (chẳng hạn như 15R-SiC) hoặc các vật liệu bán dẫn khác.
Hình Tổng quan
Hình 1: Sơ đồ thiết lập hình ảnh tôpô tia X bức xạ synchrotron, bao gồm hình học truyền qua (Laue), hình học phản xạ ngược (Bragg) và hình học tần số lướt qua. Những hình học này chủ yếu được sử dụng để ghi lại hình ảnh tôpô tia X.
Hình 2: Sơ đồ nhiễu xạ tia X của vùng bị biến dạng xung quanh vị trí trục vít. Hình này giải thích mối quan hệ giữa chùm tia tới (s0) và chùm tia nhiễu xạ (sg) với pháp tuyến mặt phẳng nhiễu xạ cục bộ (n) và góc Bragg cục bộ (θB).
Hình 3: Hình ảnh địa hình tia X phản xạ ngược của micropipes (MP) trên tấm bán dẫn 6H–SiC và độ tương phản của sự lệch trục vít mô phỏng (b = 6c) trong cùng điều kiện nhiễu xạ.
Hình 4: Các cặp micropipe trong ảnh địa hình phản chiếu ngược của tấm bán dẫn 6H–SiC. Hình ảnh của cùng một MP với khoảng cách khác nhau và MP theo hướng ngược nhau được hiển thị bằng mô phỏng dò tia.
Hình 5: Hình ảnh địa hình tia X tần số gặm cỏ của các sai lệch trục vít lõi kín (TSD) trên tấm wafer 4H–SiC được hiển thị. Các hình ảnh cho thấy độ tương phản cạnh nâng cao.
Hình 6: Mô phỏng dò tia của tỷ lệ chăn thả Hình ảnh địa hình tia X của TSD 1c thuận tay trái và tay phải trên tấm bán dẫn 4H–SiC được hiển thị.
Hình 7: Mô phỏng dò tia của TSD trong 4H–SiC và 6H–SiC được hiển thị, cho thấy sự sai lệch với các vectơ và đa kiểu Burgers khác nhau.
Hình 8: Hiển thị hình ảnh cấu trúc liên kết tia X tần số lướt qua của các loại trật khớp ren (TED) khác nhau trên tấm wafer 4H-SiC và hình ảnh cấu trúc liên kết TED được mô phỏng bằng phương pháp dò tia.
Hình 9: Hiển thị hình ảnh cấu trúc liên kết phản xạ ngược tia X của các loại TED khác nhau trên tấm bán dẫn 4H-SiC và độ tương phản TED mô phỏng.
Hình 10: Hiển thị hình ảnh mô phỏng dò tia của các sai lệch luồng hỗn hợp (TMD) với các vectơ Burgers cụ thể và các hình ảnh tôpô thử nghiệm.
Hình 11: Hiển thị các hình ảnh tôpô phản chiếu ngược của sự lệch vị trí mặt phẳng cơ bản (BPD) trên các tấm wafer 4H-SiC và sơ đồ của sự hình thành độ tương phản lệch vị trí cạnh mô phỏng.
Hình 12: Hiển thị hình ảnh mô phỏng dò tia của BPD xoắn ốc thuận tay phải ở các độ sâu khác nhau có xét đến hiệu ứng giãn bề mặt và hấp thụ quang điện.
Hình 13: Hiển thị hình ảnh mô phỏng dò tia của các BPD xoắn ốc thuận tay phải ở các độ sâu khác nhau và hình ảnh tôpô tia X tần số sượt qua.
Hình 14: Hiển thị sơ đồ về sự lệch vị trí của mặt phẳng cơ bản theo bất kỳ hướng nào trên tấm bán dẫn 4H-SiC và cách xác định độ sâu thâm nhập bằng cách đo chiều dài hình chiếu.
Hình 15: Độ tương phản của BPD với các vectơ Burgers và hướng đường khác nhau trong hình ảnh tôpô tia X tần số gặm cỏ và kết quả mô phỏng dò tia tương ứng.
Hình 16: Hình ảnh mô phỏng dò tia của TSD lệch bên phải trên tấm bán dẫn 4H-SiC và hình ảnh tô pô tia X tần số lướt qua được hiển thị.
Hình 17: Hình ảnh thử nghiệm và mô phỏng dò tia của TSD bị lệch trên tấm bán dẫn 4H-SiC có độ lệch 8° được hiển thị.
Hình 18: Hình ảnh mô phỏng dò tia của TSD và TMD bị lệch với các vectơ Burgers khác nhau nhưng có cùng hướng đường thẳng được hiển thị.
Hình 19: Hình ảnh mô phỏng dò tia của các sai lệch kiểu Frank và hình ảnh tôpô tia X tần suất sượt qua tương ứng được hiển thị.
Hình 20: Hình ảnh cấu trúc liên kết tia X chùm tia trắng truyền qua của micropipe trên tấm bán dẫn 6H-SiC và hình ảnh mô phỏng dò tia được hiển thị.
Hình 21: Hình ảnh tôpô tia X đơn sắc tần số lướt qua của mẫu 6H-SiC được cắt theo trục và hình ảnh mô phỏng dò tia của BPD được hiển thị.
Hình 22: hiển thị hình ảnh mô phỏng dò tia của BPD trong các mẫu cắt theo trục 6H-SiC ở các góc tới khác nhau.
Hình 23: hiển thị hình ảnh mô phỏng dò tia của TED, TSD và TMD trong các mẫu cắt theo trục 6H-SiC theo dạng hình học tần số gặm cỏ.
Hình 24: hiển thị hình ảnh cấu trúc liên kết tia X của các TSD bị lệch ở các phía khác nhau của đường đẳng nghiêng trên wafer 4H-SiC và các hình ảnh mô phỏng dò tia tương ứng.
Bài viết này chỉ mang tính chất chia sẻ học thuật. Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa.
Thời gian đăng: 18/06/2024