ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజింగ్ సహాయంతో రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ద్వారా SiC క్రిస్టల్‌లో డిస్‌లోకేషన్ స్ట్రక్చర్ యొక్క విశ్లేషణ

పరిశోధన నేపథ్యం

సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) యొక్క అప్లికేషన్ ప్రాముఖ్యత: విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్‌గా, సిలికాన్ కార్బైడ్ దాని అద్భుతమైన విద్యుత్ లక్షణాల (పెద్ద బ్యాండ్‌గ్యాప్, అధిక ఎలక్ట్రాన్ సంతృప్త వేగం మరియు ఉష్ణ వాహకత వంటివి) కారణంగా చాలా దృష్టిని ఆకర్షించింది. ఈ లక్షణాలు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ, అధిక-ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక-శక్తి పరికరాల తయారీలో, ముఖ్యంగా పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ రంగంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.

క్రిస్టల్ లోపాల ప్రభావం: SiC యొక్క ఈ ప్రయోజనాలు ఉన్నప్పటికీ, స్ఫటికాలలోని లోపాలు అధిక-పనితీరు గల పరికరాల అభివృద్ధికి ఆటంకం కలిగించే ప్రధాన సమస్యగా మిగిలిపోయాయి. ఈ లోపాలు పరికరం పనితీరు క్షీణతకు కారణమవుతాయి మరియు పరికరం విశ్వసనీయతను ప్రభావితం చేయవచ్చు.
ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ: క్రిస్టల్ పెరుగుదలను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి మరియు పరికరం పనితీరుపై లోపాల ప్రభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, SiC స్ఫటికాలలో లోపం కాన్ఫిగరేషన్‌ను వర్గీకరించడం మరియు విశ్లేషించడం అవసరం. ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజింగ్ (ముఖ్యంగా సింక్రోట్రోన్ రేడియేషన్ కిరణాలను ఉపయోగించడం) అనేది క్రిస్టల్ యొక్క అంతర్గత నిర్మాణం యొక్క అధిక-రిజల్యూషన్ చిత్రాలను రూపొందించగల ముఖ్యమైన క్యారెక్టరైజేషన్ టెక్నిక్‌గా మారింది.
పరిశోధన ఆలోచనలు
రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా: అసలు ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లలో గమనించిన లోపం కాంట్రాస్ట్‌ను అనుకరించడానికి ఓరియంటేషన్ కాంట్రాస్ట్ మెకానిజం ఆధారంగా రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ టెక్నాలజీని ఉపయోగించాలని కథనం ప్రతిపాదించింది. వివిధ సెమీకండక్టర్లలో క్రిస్టల్ లోపాల లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడానికి ఈ పద్ధతి ప్రభావవంతమైన మార్గంగా నిరూపించబడింది.
అనుకరణ సాంకేతికత మెరుగుదల: 4H-SiC మరియు 6H-SiC స్ఫటికాలలో గమనించిన విభిన్న డిస్‌లోకేషన్‌లను మెరుగ్గా అనుకరించడానికి, పరిశోధకులు రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ టెక్నాలజీని మెరుగుపరిచారు మరియు ఉపరితల సడలింపు మరియు ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ శోషణ ప్రభావాలను చేర్చారు.
పరిశోధన కంటెంట్
డిస్‌లోకేషన్ టైప్ విశ్లేషణ: రే ట్రాకింగ్‌ని ఉపయోగించి SiC (4H మరియు 6Hతో సహా) వివిధ పాలీటైప్‌లలో వివిధ రకాల డిస్‌లోకేషన్‌ల (స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్స్, ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్స్, మిక్స్‌డ్ డిస్‌లోకేషన్స్, బేసల్ ప్లేన్ డిస్‌లోకేషన్స్ మరియు ఫ్రాంక్-టైప్ డిస్‌లోకేషన్స్) క్యారెక్టరైజేషన్‌ను వ్యాసం క్రమపద్ధతిలో సమీక్షిస్తుంది. అనుకరణ సాంకేతికత.
అనుకరణ సాంకేతికత యొక్క అప్లికేషన్: బలహీనమైన బీమ్ టోపోలాజీ మరియు ప్లేన్ వేవ్ టోపోలాజీ వంటి విభిన్న బీమ్ పరిస్థితులలో రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ టెక్నాలజీని ఉపయోగించడం, అలాగే అనుకరణ సాంకేతికత ద్వారా డిస్‌లోకేషన్‌ల యొక్క ప్రభావవంతమైన వ్యాప్తి లోతును ఎలా గుర్తించాలో అధ్యయనం చేస్తారు.
ప్రయోగాలు మరియు అనుకరణల కలయిక: ప్రయోగాత్మకంగా పొందిన ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ చిత్రాలను అనుకరణ చిత్రాలతో పోల్చడం ద్వారా, డిస్‌లోకేషన్ రకం, బర్గర్స్ వెక్టర్ మరియు క్రిస్టల్‌లోని డిస్‌లోకేషన్‌ల ప్రాదేశిక పంపిణీని నిర్ణయించడంలో అనుకరణ సాంకేతికత యొక్క ఖచ్చితత్వం ధృవీకరించబడుతుంది.
పరిశోధన ముగింపులు
అనుకరణ సాంకేతికత యొక్క ప్రభావం: SiCలోని వివిధ రకాల స్థానభ్రంశం యొక్క లక్షణాలను బహిర్గతం చేయడానికి రే ట్రేసింగ్ అనుకరణ సాంకేతికత సరళమైన, విధ్వంసక మరియు స్పష్టమైన పద్ధతి అని అధ్యయనం చూపిస్తుంది మరియు తొలగుట యొక్క ప్రభావవంతమైన చొచ్చుకుపోయే లోతును సమర్థవంతంగా అంచనా వేయవచ్చు.
3D డిస్‌లోకేషన్ కాన్ఫిగరేషన్ విశ్లేషణ: సిమ్యులేషన్ టెక్నాలజీ ద్వారా, 3D డిస్‌లోకేషన్ కాన్ఫిగరేషన్ అనాలిసిస్ మరియు డెన్సిటీ మెజర్‌మెంట్ చేయవచ్చు, ఇది క్రిస్టల్ గ్రోత్ సమయంలో డిస్‌లోకేషన్‌ల ప్రవర్తన మరియు పరిణామాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి కీలకమైనది.
భవిష్యత్ అప్లికేషన్‌లు: రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ టెక్నాలజీని హై-ఎనర్జీ టోపోలాజీకి అలాగే ప్రయోగశాల-ఆధారిత ఎక్స్-రే టోపోలాజీకి మరింత వర్తింపజేయాలని భావిస్తున్నారు. అదనంగా, ఈ సాంకేతికతను ఇతర పాలీటైప్‌లు (15R-SiC వంటివి) లేదా ఇతర సెమీకండక్టర్ పదార్థాల యొక్క లోప లక్షణాల అనుకరణకు కూడా విస్తరించవచ్చు.
ఫిగర్ ఓవర్‌వ్యూ

అంజీర్ 1: ట్రాన్స్‌మిషన్ (లౌ) జ్యామితి, రివర్స్ రిఫ్లెక్షన్ (బ్రాగ్) జ్యామితి మరియు మేత సంభవం జ్యామితితో సహా సింక్రోట్రోన్ రేడియేషన్ ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజింగ్ సెటప్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం. ఈ జ్యామితులు ప్రధానంగా ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ చిత్రాలను రికార్డ్ చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి.

Fig. 2: స్క్రూ తొలగుట చుట్టూ వక్రీకరించిన ప్రాంతం యొక్క X- రే డిఫ్రాక్షన్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం. ఈ సంఖ్య స్థానిక డిఫ్రాక్షన్ ప్లేన్ నార్మల్ (n) మరియు స్థానిక బ్రాగ్ యాంగిల్ (θB)తో ఇన్సిడెంట్ బీమ్ (s0) మరియు డిఫ్రాక్టెడ్ బీమ్ (sg) మధ్య సంబంధాన్ని వివరిస్తుంది.

Fig. 3: 6H–SiC పొరపై మైక్రోపైప్‌ల (MPలు) బ్యాక్-రిఫ్లెక్షన్ ఎక్స్-రే టోపోగ్రఫీ చిత్రాలు మరియు అదే డిఫ్రాక్షన్ పరిస్థితుల్లో అనుకరణ స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్ (b = 6c) యొక్క కాంట్రాస్ట్.

Fig. 4: 6H–SiC పొర యొక్క బ్యాక్-రిఫ్లెక్షన్ టోపోగ్రఫీ ఇమేజ్‌లో మైక్రోపైప్ జతలు. వేర్వేరు స్పేసింగ్‌లతో ఒకే MPల చిత్రాలు మరియు వ్యతిరేక దిశల్లో ఉన్న MPలు రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్‌ల ద్వారా చూపబడతాయి.

Fig. 5: మేత సంభవం 4H–SiC పొరపై క్లోజ్డ్-కోర్ స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్స్ (TSDలు) యొక్క ఎక్స్-రే టోపోగ్రఫీ చిత్రాలు చూపబడ్డాయి. చిత్రాలు మెరుగుపరచబడిన అంచు కాంట్రాస్ట్‌ను చూపుతాయి.

Fig. 6: 4H–SiC పొరపై ఎడమచేతి మరియు కుడిచేతి 1c TSDల యొక్క గ్రేసింగ్ ఇన్సిడెన్స్ యొక్క ఎక్స్-రే టోపోగ్రఫీ చిత్రాలు రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్‌లు చూపబడ్డాయి.

Fig. 7: 4H–SiC మరియు 6H–SiCలలో TSDల రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్‌లు చూపబడ్డాయి, వివిధ బర్గర్‌ల వెక్టర్స్ మరియు పాలీటైప్‌లతో డిస్‌లోకేషన్‌లను చూపుతుంది.

Fig. 8: 4H-SiC పొరలపై వివిధ రకాలైన థ్రెడింగ్ ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్స్ (TEDలు) యొక్క గ్రేజింగ్ ఇన్సిడెన్స్ ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లు మరియు రే ట్రేసింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి అనుకరణ చేయబడిన TED టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లను చూపుతుంది.

Fig. 9: 4H-SiC పొరలపై వివిధ TED రకాల X-రే బ్యాక్-రిఫ్లెక్షన్ టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లు మరియు అనుకరణ TED కాంట్రాస్ట్‌ను చూపుతుంది.

Fig. 10: నిర్దిష్ట బర్గర్స్ వెక్టర్స్‌తో మిక్స్‌డ్ థ్రెడింగ్ డిస్‌లోకేషన్స్ (TMDలు) యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్‌లు మరియు ప్రయోగాత్మక టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లను చూపుతుంది.

Fig. 11: 4H-SiC పొరలపై బేసల్ ప్లేన్ డిస్‌లోకేషన్స్ (BPDలు) యొక్క బ్యాక్-రిఫ్లెక్షన్ టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లను మరియు అనుకరణ ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్ కాంట్రాస్ట్ ఫార్మేషన్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రాన్ని చూపుతుంది.

Fig. 12: ఉపరితల సడలింపు మరియు ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ శోషణ ప్రభావాలను పరిగణనలోకి తీసుకుని వివిధ లోతులలో కుడిచేతి హెలికల్ BPDల యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ చిత్రాలను చూపుతుంది.

Fig. 13: వివిధ లోతులలో కుడిచేతి హెలికల్ BPDల యొక్క రే ట్రేసింగ్ అనుకరణ చిత్రాలను మరియు మేత సంభవం X-రే టోపోలాజికల్ చిత్రాలను చూపుతుంది.

Fig. 14: 4H-SiC పొరలపై ఏ దిశలోనైనా బేసల్ ప్లేన్ డిస్‌లోకేషన్‌ల స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రాన్ని చూపుతుంది మరియు ప్రొజెక్షన్ పొడవును కొలవడం ద్వారా చొచ్చుకుపోయే లోతును ఎలా గుర్తించాలో చూపుతుంది.

Fig. 15: వివిధ బర్గర్‌ల వెక్టర్స్‌తో BPDల వైరుధ్యం మరియు మేత సంభవం X-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లలో లైన్ దిశలు మరియు సంబంధిత రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఫలితాలు.

Fig. 16: 4H-SiC పొరపై కుడిచేతి విక్షేపం చేయబడిన TSD యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్ మరియు గ్రేసింగ్ ఇన్సిడెన్స్ X-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్ చూపబడ్డాయి.

Fig. 17: 8° ఆఫ్‌సెట్ 4H-SiC పొరపై విక్షేపం చేయబడిన TSD యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ మరియు ప్రయోగాత్మక చిత్రం చూపబడ్డాయి.

Fig. 18: విభిన్న బర్గర్స్ వెక్టర్స్‌తో విక్షేపం చేయబడిన TSD మరియు TMDల యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్‌లు కానీ ఒకే లైన్ దిశలో చూపబడ్డాయి.

Fig. 19: ఫ్రాంక్-టైప్ డిస్‌లోకేషన్‌ల యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్ మరియు సంబంధిత గ్రేజింగ్ ఇన్‌సిడెన్స్ ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్ చూపబడ్డాయి.

Fig. 20: 6H-SiC పొరపై మైక్రోపైప్ యొక్క ప్రసారం చేయబడిన వైట్ బీమ్ ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్ మరియు రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్ చూపబడ్డాయి.

Fig. 21: 6H-SiC యొక్క అక్షసంబంధంగా కత్తిరించిన నమూనా యొక్క గ్రేసింగ్ ఇన్సిడెన్స్ మోనోక్రోమటిక్ ఎక్స్-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్ మరియు BPDల యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్ చూపబడింది.

Fig. 22: 6H-SiCలోని BPDల యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్‌లను వివిధ సంఘటన కోణాల్లో అక్షసంబంధంగా కత్తిరించిన నమూనాలను చూపుతుంది.

Fig. 23: గ్రేసింగ్ ఇన్సిడెన్స్ జ్యామితి కింద 6H-SiC అక్షసంబంధంగా కత్తిరించిన నమూనాలలో TED, TSD మరియు TMDల యొక్క రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ చిత్రాలను చూపుతుంది.

Fig. 24: 4H-SiC పొరపై ఐసోక్లినిక్ లైన్ యొక్క వివిధ వైపులా విక్షేపం చేయబడిన TSDల యొక్క X-రే టోపోలాజికల్ ఇమేజ్‌లను మరియు సంబంధిత రే ట్రేసింగ్ సిమ్యులేషన్ ఇమేజ్‌లను చూపుతుంది.

ఈ వ్యాసం అకడమిక్ షేరింగ్ కోసం మాత్రమే. ఏదైనా ఉల్లంఘన ఉంటే, దాన్ని తొలగించడానికి దయచేసి మమ్మల్ని సంప్రదించండి.