એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઇમેજિંગ દ્વારા સહાયિત રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન દ્વારા SiC ક્રિસ્ટલમાં ડિસલોકેશન સ્ટ્રક્ચરનું વિશ્લેષણ

સંશોધન પૃષ્ઠભૂમિ

સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) ના ઉપયોગનું મહત્વ: વિશાળ બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી તરીકે, સિલિકોન કાર્બાઇડ તેના ઉત્તમ વિદ્યુત ગુણધર્મો (જેમ કે મોટા બેન્ડગેપ, ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન સંતૃપ્તિ વેગ અને થર્મલ વાહકતા) ને કારણે ખૂબ ધ્યાન આકર્ષિત કરે છે. આ ગુણધર્મો તેને ઉચ્ચ-આવર્તન, ઉચ્ચ-તાપમાન અને ઉચ્ચ-પાવર ઉપકરણ ઉત્પાદનમાં, ખાસ કરીને પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સના ક્ષેત્રમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

સ્ફટિક ખામીઓનો પ્રભાવ: SiC ના આ ફાયદાઓ હોવા છતાં, સ્ફટિકોમાં ખામી એ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઉપકરણોના વિકાસમાં અવરોધરૂપ મુખ્ય સમસ્યા છે. આ ખામીઓ ઉપકરણની કામગીરીમાં ઘટાડો અને ઉપકરણની વિશ્વસનીયતાને અસર કરી શકે છે.
એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઇમેજિંગ ટેક્નોલોજી: ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા અને ઉપકરણની કામગીરી પર ખામીઓની અસરને સમજવા માટે, SiC ક્રિસ્ટલ્સમાં ખામીના રૂપરેખાંકનનું લક્ષણ અને વિશ્લેષણ કરવું જરૂરી છે. એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઇમેજિંગ (ખાસ કરીને સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન બીમનો ઉપયોગ કરીને) એક મહત્વપૂર્ણ પાત્રાલેખન તકનીક બની ગઈ છે જે ક્રિસ્ટલની આંતરિક રચનાની ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન છબીઓ બનાવી શકે છે.
સંશોધન વિચારો
રે ટ્રેસીંગ સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજી પર આધારિત: લેખ વાસ્તવિક એક્સ-રે ટોપોલોજીકલ ઈમેજીસમાં જોવા મળેલ ખામી કોન્ટ્રાસ્ટનું અનુકરણ કરવા માટે ઓરિએન્ટેશન કોન્ટ્રાસ્ટ મિકેનિઝમ પર આધારિત રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત કરે છે. આ પદ્ધતિ વિવિધ સેમિકન્ડક્ટર્સમાં સ્ફટિક ખામીના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવાની અસરકારક રીત સાબિત થઈ છે.
સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજીમાં સુધારો: 4H-SiC અને 6H-SiC સ્ફટિકોમાં જોવા મળેલા વિવિધ ડિસલોકેશનનું વધુ સારી રીતે અનુકરણ કરવા માટે, સંશોધકોએ રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજીમાં સુધારો કર્યો અને સપાટી પર છૂટછાટ અને ફોટોઈલેક્ટ્રિક શોષણની અસરોનો સમાવેશ કર્યો.
સંશોધન સામગ્રી
ડિસલોકેશન પ્રકારનું વિશ્લેષણ: આ લેખ વ્યવસ્થિત રીતે SiC (4H અને 6H) નો ઉપયોગ કરીને વિવિધ પોલિટાઇપ્સમાં વિવિધ પ્રકારના અવ્યવસ્થા (જેમ કે સ્ક્રુ ડિસલોકેશન, એજ ડિસલોકેશન, મિશ્ર ડિસલોકેશન, બેઝલ પ્લેન ડિસલોકેશન અને ફ્રેન્ક-ટાઇપ ડિસલોકેશન)ની લાક્ષણિકતાની સમીક્ષા કરે છે. સિમ્યુલેશન ટેકનોલોજી.
સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ: નબળા બીમ ટોપોલોજી અને પ્લેન વેવ ટોપોલોજી જેવી વિવિધ બીમ પરિસ્થિતિઓમાં રે ટ્રેસીંગ સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ તેમજ સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજી દ્વારા ડિસલોકેશનની અસરકારક પેનિટ્રેશન ડેપ્થ કેવી રીતે નક્કી કરવી તેનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.
પ્રયોગો અને સિમ્યુલેશનનું સંયોજન: પ્રાયોગિક રીતે મેળવેલી એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઈમેજીસને સિમ્યુલેટેડ ઈમેજીસ સાથે સરખાવીને, ડિસલોકેશન પ્રકાર, બર્ગર્સ વેક્ટર અને ક્રિસ્ટલમાં ડિસલોકેશનના અવકાશી વિતરણને નક્કી કરવામાં સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજીની સચોટતા ચકાસવામાં આવે છે.
સંશોધન તારણો
સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજીની અસરકારકતા: અભ્યાસ દર્શાવે છે કે રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ટેક્નોલોજી એ SiC માં વિવિધ પ્રકારના અવ્યવસ્થાના ગુણધર્મોને ઉજાગર કરવા માટે એક સરળ, બિન-વિનાશક અને અસ્પષ્ટ પદ્ધતિ છે અને અવ્યવસ્થાની અસરકારક ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈનો અસરકારક અંદાજ લગાવી શકે છે.
3D ડિસલોકેશન રૂપરેખાંકન વિશ્લેષણ: સિમ્યુલેશન ટેકનોલોજી દ્વારા, 3D ડિસલોકેશન રૂપરેખાંકન વિશ્લેષણ અને ઘનતા માપન કરી શકાય છે, જે સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમિયાન અવ્યવસ્થાના વર્તન અને ઉત્ક્રાંતિને સમજવા માટે નિર્ણાયક છે.
ભાવિ એપ્લિકેશન્સ: રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ટેક્નૉલૉજી ઉચ્ચ-ઊર્જા ટોપોલોજી તેમજ પ્રયોગશાળા-આધારિત એક્સ-રે ટોપોલોજીમાં વધુ લાગુ થવાની અપેક્ષા છે. વધુમાં, આ ટેક્નોલોજીને અન્ય પોલિટાઇપ્સ (જેમ કે 15R-SiC) અથવા અન્ય સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સની ખામી લાક્ષણિકતાઓના સિમ્યુલેશન સુધી પણ વિસ્તૃત કરી શકાય છે.
આકૃતિ ઝાંખી

ફિગ. 1: સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઇમેજિંગ સેટઅપનું સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ, જેમાં ટ્રાન્સમિશન (લાઉ) ભૂમિતિ, રિવર્સ રિફ્લેક્શન (બ્રેગ) ભૂમિતિ અને ચરાઈ ઘટના ભૂમિતિનો સમાવેશ થાય છે. આ ભૂમિતિનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે એક્સ-રે ટોપોલોજીકલ ઈમેજીસ રેકોર્ડ કરવા માટે થાય છે.

ફિગ. 2: સ્ક્રુ ડિસલોકેશનની આસપાસના વિકૃત વિસ્તારના એક્સ-રે વિવર્તનની યોજનાકીય રેખાકૃતિ. આ આંકડો ઘટનાના બીમ (s0) અને વિવર્તિત બીમ (sg) વચ્ચેના સ્થાનિક વિવર્તન પ્લેન નોર્મલ (n) અને સ્થાનિક બ્રેગ એંગલ (θB) વચ્ચેના સંબંધને સમજાવે છે.

ફિગ. 3: 6H–SiC વેફર પર માઇક્રોપાઇપ્સ (MPs) ની બેક-રિફ્લેક્શન એક્સ-રે ટોપોગ્રાફી ઇમેજ અને સમાન વિવર્તન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ સિમ્યુલેટેડ સ્ક્રુ ડિસલોકેશન (b = 6c) નો કોન્ટ્રાસ્ટ.

ફિગ. 4: 6H-SiC વેફરની બેક-રિફ્લેક્શન ટોપોગ્રાફી ઇમેજમાં માઇક્રોપાઇપ જોડી. અલગ-અલગ અંતર સાથેના સમાન સાંસદોની છબીઓ અને વિરુદ્ધ દિશામાં સાંસદો રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન દ્વારા બતાવવામાં આવે છે.

ફિગ. 5: 4H-SiC વેફર પર ક્લોઝ્ડ-કોર સ્ક્રુ ડિસલોકેશન્સ (TSDs) ની ચરાઈની ઘટનાઓ એક્સ-રે ટોપોગ્રાફી બતાવવામાં આવી છે. છબીઓ ઉન્નત એજ કોન્ટ્રાસ્ટ દર્શાવે છે.

ફિગ. 6: 4H-SiC વેફર પર ડાબા હાથની અને જમણી બાજુની 1c TSDs ની ચરાઈ ઘટનાઓના રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન એક્સ-રે ટોપોગ્રાફી છબીઓ બતાવવામાં આવી છે.

ફિગ. 7: 4H–SiC અને 6H–SiC માં TSDs ના રે ટ્રેસીંગ સિમ્યુલેશન બતાવવામાં આવ્યા છે, જે વિવિધ બર્ગર વેક્ટર અને પોલીટાઈપ્સ સાથે ડિસલોકેશન દર્શાવે છે.

ફિગ. 8: 4H-SiC વેફર્સ પર વિવિધ પ્રકારના થ્રેડીંગ એજ ડિસલોકેશન્સ (TEDs) ની ચરાઈની ઘટનાઓની એક્સ-રે ટોપોલોજીકલ ઈમેજીસ અને રે ટ્રેસીંગ મેથડનો ઉપયોગ કરીને સિમ્યુલેટેડ TED ટોપોલોજીકલ ઈમેજીસ દર્શાવે છે.

ફિગ. 9: 4H-SiC વેફર્સ પર વિવિધ TED પ્રકારની એક્સ-રે બેક-રિફ્લેક્શન ટોપોલોજિકલ ઇમેજ અને સિમ્યુલેટેડ TED કોન્ટ્રાસ્ટ બતાવે છે.

ફિગ. 10: ચોક્કસ બર્ગર વેક્ટર સાથે મિશ્ર થ્રેડીંગ ડિસલોકેશન્સ (TMDs) ની રે ટ્રેસીંગ સિમ્યુલેશન ઈમેજીસ અને પ્રાયોગિક ટોપોલોજીકલ ઈમેજીસ બતાવે છે.

ફિગ. 11: 4H-SiC વેફર્સ પર બેસલ પ્લેન ડિસલોકેશન્સ (BPDs) ની બેક-રિફ્લેક્શન ટોપોલોજિકલ ઇમેજ અને સિમ્યુલેટેડ એજ ડિસલોકેશન કોન્ટ્રાસ્ટ ફોર્મેશનનો સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ બતાવે છે.

ફિગ. 12: સપાટીની છૂટછાટ અને ફોટોઇલેક્ટ્રિક શોષણ અસરોને ધ્યાનમાં લેતા વિવિધ ઊંડાણો પર જમણા હાથના હેલિકલ BPD ની રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન છબીઓ બતાવે છે.

ફિગ. 13: વિવિધ ઊંડાણો પર જમણા હાથના હેલિકલ BPD ની રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન છબીઓ અને ચરાઈની ઘટના એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ છબીઓ બતાવે છે.

14. ફિગ.

ફિગ. 15: વિવિધ બર્ગર વેક્ટર અને ચરાઈની ઘટના એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઈમેજીસમાં રેખા દિશાઓ સાથે BPD નો વિરોધાભાસ અને અનુરૂપ રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન પરિણામો.

ફિગ. 16: 4H-SiC વેફર પર જમણા હાથની ડિફ્લેક્ટેડ TSD ની રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ઇમેજ અને ચરાઈની ઘટના એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઇમેજ બતાવવામાં આવી છે.

ફિગ. 17: 8° ઓફસેટ 4H-SiC વેફર પર ડિફ્લેક્ટેડ TSD ની રે ટ્રેસીંગ સિમ્યુલેશન અને પ્રાયોગિક છબી બતાવવામાં આવી છે.

ફિગ. 18: અલગ-અલગ બર્ગર વેક્ટર સાથે ડિફ્લેક્ટેડ TSD અને TMD ની રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ઇમેજ પરંતુ સમાન રેખા દિશા બતાવવામાં આવી છે.

ફિગ. 19: ફ્રેન્ક-ટાઈપ ડિસલોકેશનની રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ઈમેજ અને અનુરૂપ ચરાઈની ઘટના એક્સ-રે ટોપોલોજીકલ ઈમેજ બતાવવામાં આવી છે.

ફિગ. 20: 6H-SiC વેફર પર માઇક્રોપાઇપની પ્રસારિત સફેદ બીમ એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ ઇમેજ અને રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ઇમેજ બતાવવામાં આવી છે.

ફિગ. 21: 6H-SiC ના અક્ષીય રીતે કાપેલા નમૂનાની ચરાઈની ઘટના મોનોક્રોમેટિક એક્સ-રે ટોપોલોજીકલ ઈમેજ અને BPDs ની રે ટ્રેસીંગ સિમ્યુલેશન ઈમેજ બતાવવામાં આવી છે.

ફિગ. 22: 6H-SiC માં બીપીડીની રે ટ્રેસીંગ સિમ્યુલેશન ઈમેજીસ બતાવે છે જે અક્ષીય રીતે અલગ અલગ ઘટનાના ખૂણા પર સેમ્પલ કાપે છે.

ફિગ. 23: ચરાઈ ઘટના ભૂમિતિ હેઠળ 6H-SiC અક્ષીય રીતે કાપેલા નમૂનાઓમાં TED, TSD અને TMDs ની રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન ઈમેજો બતાવે છે.

ફિગ. 24: 4H-SiC વેફર પર આઇસોક્લિનિક લાઇનની વિવિધ બાજુઓ પર ડિફ્લેક્ટેડ TSDs ની એક્સ-રે ટોપોલોજિકલ છબીઓ અને અનુરૂપ રે ટ્રેસિંગ સિમ્યુલેશન છબીઓ બતાવે છે.

આ લેખ ફક્ત શૈક્ષણિક શેરિંગ માટે છે. જો કોઈ ઉલ્લંઘન હોય, તો તેને કાઢી નાખવા માટે કૃપા કરીને અમારો સંપર્ક કરો.