연구 배경
실리콘 카바이드(SiC)의 응용 중요성: 넓은 밴드갭 반도체 소재인 실리콘 카바이드는 우수한 전기적 특성(예: 더 큰 밴드갭, 더 높은 전자 포화 속도 및 열 전도성)으로 인해 많은 주목을 받아 왔습니다. 이러한 특성으로 인해 고주파, 고온 및 고전력 장치 제조, 특히 전력 전자 분야에서 널리 사용됩니다.
결정 결함의 영향: SiC의 이러한 장점에도 불구하고 결정 결함은 고성능 장치 개발을 방해하는 주요 문제로 남아 있습니다. 이러한 결함으로 인해 장치 성능이 저하되고 장치 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.
X선 토폴로지 이미징 기술: 결정 성장을 최적화하고 결함이 장치 성능에 미치는 영향을 이해하려면 SiC 결정의 결함 구성을 특성화하고 분석해야 합니다. X선 토폴로지 이미징(특히 싱크로트론 방사선 빔 사용)은 결정 내부 구조의 고해상도 이미지를 생성할 수 있는 중요한 특성화 기술이 되었습니다.
연구 아이디어
광선 추적 시뮬레이션 기술 기반: 이 기사에서는 실제 X선 위상 이미지에서 관찰되는 결함 대비를 시뮬레이션하기 위해 방향 대비 메커니즘을 기반으로 하는 광선 추적 시뮬레이션 기술의 사용을 제안합니다. 이 방법은 다양한 반도체의 결정 결함 특성을 연구하는 효과적인 방법임이 입증되었습니다.
시뮬레이션 기술 개선: 4H-SiC 및 6H-SiC 결정에서 관찰된 다양한 전위를 더 잘 시뮬레이션하기 위해 연구진은 광선 추적 시뮬레이션 기술을 개선하고 표면 완화 및 광전 흡수 효과를 통합했습니다.
연구 내용
전위 유형 분석: 이 기사는 광선 추적을 사용하여 SiC의 다양한 다형(4H 및 6H 포함)에서 다양한 유형의 전위(예: 나사 전위, 가장자리 전위, 혼합 전위, 기저 평면 전위 및 Frank형 전위)의 특성을 체계적으로 검토합니다. 시뮬레이션 기술.
시뮬레이션 기술의 응용: 약한 빔 토폴로지, 평면파 토폴로지 등 다양한 빔 조건에서 광선 추적 시뮬레이션 기술을 적용하고, 시뮬레이션 기술을 통해 전위의 유효 침투 깊이를 결정하는 방법을 연구합니다.
실험과 시뮬레이션의 결합: 실험적으로 얻은 X선 위상 이미지와 시뮬레이션된 이미지를 비교하여 전위 유형, 버거 벡터 및 결정 내 전위의 공간 분포를 결정하는 시뮬레이션 기술의 정확성을 검증합니다.
연구 결론
시뮬레이션 기술의 효율성: 이 연구는 광선 추적 시뮬레이션 기술이 SiC의 다양한 유형의 전위 특성을 밝히는 간단하고 비파괴적이며 명확한 방법이며 전위의 유효 침투 깊이를 효과적으로 추정할 수 있음을 보여줍니다.
3D 전위 구성 분석: 시뮬레이션 기술을 통해 3D 전위 구성 분석 및 밀도 측정을 수행할 수 있으며, 이는 결정 성장 중 전위의 거동 및 전개를 이해하는 데 중요합니다.
향후 응용 분야: 광선 추적 시뮬레이션 기술은 실험실 기반 X선 토폴로지뿐만 아니라 고에너지 토폴로지에 더 많이 적용될 것으로 예상됩니다. 또한 이 기술은 다른 다형(예: 15R-SiC) 또는 기타 반도체 재료의 결함 특성 시뮬레이션으로 확장될 수도 있습니다.
그림 개요
그림 1: 투과(Laue) 기하학, 역반사(Bragg) 기하학 및 방목 입사 기하학을 포함한 싱크로트론 방사선 X선 위상 위상 이미징 설정의 개략도. 이러한 형상은 주로 X선 위상 이미지를 기록하는 데 사용됩니다.
그림 2: 나사 전위 주변의 왜곡된 영역의 X선 회절에 대한 개략도. 이 그림은 국소 회절면 법선(n)과 국소 브래그 각도(θB)를 사용하여 입사 빔(s0)과 회절 빔(sg) 사이의 관계를 설명합니다.
그림 3: 6H-SiC 웨이퍼에 있는 마이크로파이프(MP)의 역반사 X선 지형 이미지와 동일한 회절 조건에서 시뮬레이션된 나사 전위(b = 6c)의 대비.
그림 4: 6H-SiC 웨이퍼의 역반사 지형 이미지의 마이크로파이프 쌍. 간격이 서로 다른 동일한 MP와 반대 방향의 MP 이미지가 광선 추적 시뮬레이션을 통해 표시됩니다.
그림 5: 4H-SiC 웨이퍼의 폐쇄형 코어 나사 전위(TSD)에 대한 그레이징 입사 X선 지형 이미지가 표시됩니다. 이미지는 향상된 가장자리 대비를 보여줍니다.
그림 6: 4H-SiC 웨이퍼에서 왼손잡이 및 오른손잡이 1c TSD의 스침 입사 X선 지형 이미지에 대한 광선 추적 시뮬레이션이 표시됩니다.
그림 7: 4H-SiC 및 6H-SiC의 TSD에 대한 광선 추적 시뮬레이션이 표시되어 있으며, 다양한 버거 벡터 및 폴리타입을 사용한 전위를 보여줍니다.
그림 8: 4H-SiC 웨이퍼의 다양한 유형의 TED(Threading Edge Dislocation)에 대한 스침 입사 X선 토폴로지 이미지와 광선 추적 방법을 사용하여 시뮬레이션된 TED 토폴로지 이미지를 보여줍니다.
그림 9: 4H-SiC 웨이퍼의 다양한 TED 유형에 대한 X선 역반사 토폴로지 이미지와 시뮬레이션된 TED 대비를 보여줍니다.
그림 10: 특정 Burgers 벡터를 사용한 혼합 스레딩 전위(TMD)의 광선 추적 시뮬레이션 이미지와 실험적인 위상 이미지를 보여줍니다.
그림 11: 4H-SiC 웨이퍼의 기저면 전위(BPD)의 역반사 토폴로지 이미지와 시뮬레이션된 가장자리 전위 대비 형성의 개략도를 보여줍니다.
그림 12: 표면 완화 및 광전 흡수 효과를 고려한 다양한 깊이에서 오른손잡이 나선형 BPD의 광선 추적 시뮬레이션 이미지를 보여줍니다.
그림 13: 다양한 깊이에서 오른손잡이 나선형 BPD의 광선 추적 시뮬레이션 이미지와 스침 입사 X선 토폴로지 이미지를 보여줍니다.
그림 14: 4H-SiC 웨이퍼의 모든 방향에서 기저면 전위의 개략도와 투영 길이를 측정하여 침투 깊이를 결정하는 방법을 보여줍니다.
그림 15: 스침 입사 X선 토폴로지 이미지에서 버거 벡터와 선 방향이 다른 BPD의 대비와 해당 광선 추적 시뮬레이션 결과.
그림 16: 4H-SiC 웨이퍼에서 오른쪽 방향으로 편향된 TSD의 광선 추적 시뮬레이션 이미지와 스침 입사 X선 토폴로지 이미지가 표시됩니다.
그림 17: 8° 오프셋 4H-SiC 웨이퍼에서 편향된 TSD의 광선 추적 시뮬레이션 및 실험 이미지가 표시됩니다.
그림 18: Burgers 벡터는 다르지만 선 방향은 동일한 편향된 TSD 및 TMD의 광선 추적 시뮬레이션 이미지가 표시됩니다.
그림 19: Frank형 전위의 광선 추적 시뮬레이션 이미지와 해당 스침 입사 X선 위상 위상 이미지가 표시됩니다.
그림 20: 6H-SiC 웨이퍼에 있는 마이크로 파이프의 투과된 백색 빔 X선 토폴로지 이미지와 광선 추적 시뮬레이션 이미지가 표시됩니다.
그림 21: 축 방향으로 절단된 6H-SiC 샘플의 그레이징 입사 단색 X선 위상 이미지와 BPD의 광선 추적 시뮬레이션 이미지가 표시됩니다.
그림 22: 다양한 입사각에서 축 방향으로 절단된 6H-SiC 샘플의 BPD에 대한 광선 추적 시뮬레이션 이미지를 보여줍니다.
그림 23: 스침 입사 기하학 하에서 축 방향으로 절단된 6H-SiC 샘플의 TED, TSD 및 TMD의 광선 추적 시뮬레이션 이미지를 보여줍니다.
그림 24: 4H-SiC 웨이퍼의 등사선의 서로 다른 측면에서 편향된 TSD의 X선 토폴로지 이미지와 해당 광선 추적 시뮬레이션 이미지를 보여줍니다.
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게시 시간: 2024년 6월 18일