خلفية البحث
أهمية تطبيق كربيد السيليكون (SiC): باعتباره مادة شبه موصلة واسعة النطاق، فقد اجتذب كربيد السيليكون الكثير من الاهتمام بسبب خصائصه الكهربائية الممتازة (مثل فجوة النطاق الأكبر، وسرعة تشبع الإلكترون الأعلى والتوصيل الحراري). هذه الخصائص تجعله يستخدم على نطاق واسع في تصنيع الأجهزة ذات التردد العالي ودرجة الحرارة العالية والطاقة العالية، وخاصة في مجال إلكترونيات الطاقة.
تأثير العيوب البلورية: على الرغم من هذه المزايا التي يتميز بها كربيد السيليكون، إلا أن العيوب في البلورات تظل مشكلة كبيرة تعيق تطوير الأجهزة عالية الأداء. قد تتسبب هذه العيوب في تدهور أداء الجهاز وتؤثر على موثوقية الجهاز.
تقنية التصوير الطوبولوجي للأشعة السينية: من أجل تحسين نمو البلورات وفهم تأثير العيوب على أداء الجهاز، من الضروري توصيف وتحليل تكوين الخلل في بلورات SiC. أصبح التصوير الطوبولوجي للأشعة السينية (خاصة باستخدام حزم إشعاع السنكروترون) تقنية توصيف مهمة يمكنها إنتاج صور عالية الدقة للبنية الداخلية للبلورة.
أفكار بحثية
استنادًا إلى تقنية محاكاة تتبع الأشعة: تقترح المقالة استخدام تقنية محاكاة تتبع الأشعة استنادًا إلى آلية تباين الاتجاه لمحاكاة تباين الخلل الملحوظ في الصور الطوبولوجية الفعلية للأشعة السينية. وقد ثبت أن هذه الطريقة فعالة لدراسة خصائص العيوب البلورية في أشباه الموصلات المختلفة.
تحسين تكنولوجيا المحاكاة: من أجل محاكاة أفضل للاضطرابات المختلفة التي لوحظت في بلورات 4H-SiC و6H-SiC، قام الباحثون بتحسين تقنية محاكاة تتبع الأشعة ودمجوا تأثيرات استرخاء السطح والامتصاص الكهروضوئي.
محتوى البحث
تحليل نوع الخلع: تستعرض المقالة بشكل منهجي توصيف الأنواع المختلفة من الخلع (مثل خلع المسمار، وخلع الحافة، والخلع المختلط، وخلع المستوى القاعدي، وخلع النوع فرانك) في أنواع متعددة مختلفة من SiC (بما في ذلك 4H و6H) باستخدام تتبع الشعاع تكنولوجيا المحاكاة.
تطبيق تقنية المحاكاة: تمت دراسة تطبيق تقنية محاكاة تتبع الشعاع تحت ظروف الحزمة المختلفة مثل طوبولوجيا الشعاع الضعيف وطوبولوجيا الموجة المستوية، وكذلك كيفية تحديد عمق الاختراق الفعال للاخلاعات من خلال تقنية المحاكاة.
الجمع بين التجارب والمحاكاة: من خلال مقارنة الصور الطوبولوجية للأشعة السينية التي تم الحصول عليها تجريبياً مع الصور المحاكاة، تم التحقق من دقة تقنية المحاكاة في تحديد نوع الخلع ومتجه البرجر والتوزيع المكاني للخلع في البلورة.
استنتاجات البحث
فعالية تقنية المحاكاة: أظهرت الدراسة أن تقنية محاكاة تتبع الشعاع هي طريقة بسيطة وغير مدمرة ولا لبس فيها للكشف عن خصائص أنواع مختلفة من الاضطرابات في SiC ويمكنها تقدير عمق الاختراق الفعال للاضطرابات بشكل فعال.
تحليل تكوين الخلع ثلاثي الأبعاد: من خلال تقنية المحاكاة، يمكن إجراء تحليل تكوين الخلع ثلاثي الأبعاد وقياس الكثافة، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم سلوك وتطور الاضطرابات أثناء نمو البلورات.
التطبيقات المستقبلية: من المتوقع أن يتم تطبيق تقنية محاكاة تتبع الأشعة بشكل أكبر على طوبولوجيا عالية الطاقة بالإضافة إلى طوبولوجيا الأشعة السينية المعملية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا توسيع هذه التقنية لتشمل محاكاة خصائص العيوب للأنواع المتعددة الأخرى (مثل 15R-SiC) أو غيرها من مواد أشباه الموصلات.
نظرة عامة على الشكل
الشكل 1: رسم تخطيطي لإعداد التصوير الطوبولوجي للأشعة السينية لإشعاع السنكروترون، بما في ذلك هندسة النقل (Laue)، وهندسة الانعكاس العكسي (Bragg)، وهندسة حدوث الرعي. تُستخدم هذه الأشكال الهندسية بشكل أساسي لتسجيل الصور الطوبولوجية للأشعة السينية.
الشكل 2: رسم تخطيطي لحيود الأشعة السينية للمنطقة المشوهة حول خلع المسمار. يشرح هذا الشكل العلاقة بين الحزمة الساقطة (s0) والحزمة المنعرجة (sg) مع مستوى الحيود المحلي الطبيعي (n) وزاوية Bragg المحلية (θB).
الشكل 3: صور تضاريس الأشعة السينية ذات الانعكاس الخلفي للأنابيب الدقيقة (MPs) على رقاقة 6H-SiC وعلى النقيض من خلع المسمار المحاكى (b = 6c) تحت نفس ظروف الحيود.
الشكل 4: أزواج الأنابيب الدقيقة في صورة تضاريس ذات انعكاس خلفي لرقاقة 6H-SiC. يتم عرض صور لنفس النواب بمسافات مختلفة ونواب في اتجاهين متعاكسين من خلال محاكاة تتبع الشعاع.
الشكل 5: تظهر صور تضاريس الأشعة السينية لحالات خلع المسمار مغلق النواة (TSDs) على رقاقة 4H-SiC. تُظهر الصور تباينًا محسّنًا للحواف.
الشكل 6: يتم عرض محاكاة تتبع الشعاع لوقوع الرعي في صور تضاريس الأشعة السينية لـ TSDs 1c اليسرى واليمنى على رقاقة 4H-SiC.
الشكل 7: يتم عرض محاكاة تتبع الشعاع لـ TSDs في 4H – SiC و6H – SiC، مما يوضح الاضطرابات مع ناقلات البرجر المختلفة والأنواع المتعددة.
الشكل 8: يُظهر الصور الطوبولوجية للأشعة السينية لحدوث الرعي لأنواع مختلفة من خلع حافة الخيط (TEDs) على رقائق 4H-SiC، والصور الطوبولوجية TED التي تمت محاكاتها باستخدام طريقة تتبع الأشعة.
الشكل 9: يُظهر الصور الطوبولوجية ذات الانعكاس الخلفي للأشعة السينية لأنواع TED المختلفة على رقائق 4H-SiC، وتباين TED المحاكى.
الشكل 10: يُظهر صور محاكاة تتبع الشعاع لخلع الخيوط المختلطة (TMDs) مع ناقلات برجر محددة، والصور الطوبولوجية التجريبية.
الشكل 11: يُظهر الصور الطوبولوجية للانعكاس الخلفي لخلع المستوى القاعدي (BPDs) على رقائق 4H-SiC، والرسم التخطيطي لتشكيل تباين خلع الحافة المحاكى.
الشكل 12: يُظهر صور محاكاة تتبع الشعاع لـ BPDs الحلزونية اليمنى على أعماق مختلفة مع الأخذ في الاعتبار استرخاء السطح وتأثيرات الامتصاص الكهروضوئي.
الشكل 13: يُظهر صور محاكاة تتبع الشعاع لـ BPDs الحلزونية اليمنى على أعماق مختلفة، وصور طوبولوجية للأشعة السينية لحدوث الرعي.
الشكل 14: يوضح الرسم التخطيطي لإزاحات المستوى الأساسي في أي اتجاه على رقائق 4H-SiC، وكيفية تحديد عمق الاختراق عن طريق قياس طول الإسقاط.
الشكل 15: تباين BPDs مع ناقلات البرغر المختلفة واتجاهات الخطوط في الصور الطوبولوجية للأشعة السينية لحدوث الرعي ونتائج محاكاة تتبع الأشعة المقابلة.
الشكل 16: تظهر صورة محاكاة تتبع الشعاع لـ TSD المنحرفة اليمنى على رقاقة 4H-SiC، وتظهر الصورة الطوبولوجية للأشعة السينية لحدوث الرعي.
الشكل 17: يتم عرض محاكاة تتبع الشعاع والصورة التجريبية لـ TSD المنحرف على رقاقة 4H-SiC ذات الإزاحة 8 درجات.
الشكل 18: تظهر صور محاكاة تتبع الشعاع لـ TSD و TMDs المنحرفة مع متجهات Burgers مختلفة ولكن نفس اتجاه الخط.
الشكل 19: تظهر صورة محاكاة تتبع الشعاع للخلع من نوع فرانك، والصورة الطوبولوجية للأشعة السينية المقابلة لحدوث الرعي.
الشكل 20: تظهر الصورة الطوبولوجية للأشعة السينية ذات الشعاع الأبيض المرسلة للأنبوب الصغير الموجود على رقاقة 6H-SiC، وصورة محاكاة تتبع الأشعة.
الشكل 21: تظهر الصورة الطوبولوجية للأشعة السينية أحادية اللون للعينة المقطوعة محوريًا من 6H-SiC، وصورة محاكاة تتبع الشعاع لـ BPDs.
الشكل 22: يُظهر صور محاكاة تتبع الشعاع لـ BPDs في العينات المقطوعة محوريًا 6H-SiC بزوايا حادثة مختلفة.
الشكل 23: يُظهر صور محاكاة تتبع الشعاع لـ TED وTSD وTMDs في العينات المقطوعة محوريًا 6H-SiC تحت هندسة حالات الرعي.
الشكل 24: يُظهر الصور الطوبولوجية للأشعة السينية لأجهزة TSD المنحرفة على جوانب مختلفة من الخط المتساوي الميل على رقاقة 4H-SiC، وصور محاكاة تتبع الأشعة المقابلة.
هذه المقالة مخصصة للمشاركة الأكاديمية فقط. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.
وقت النشر: 18 يونيو 2024