എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജിംഗിൻ്റെ സഹായത്തോടെ റേ ട്രെയ്സിംഗ് സിമുലേഷൻ വഴി SiC ക്രിസ്റ്റലിലെ ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ഘടനയുടെ വിശകലനം

ഗവേഷണ പശ്ചാത്തലം

സിലിക്കൺ കാർബൈഡിൻ്റെ (SiC) പ്രയോഗ പ്രാധാന്യം: വിശാലമായ ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ് അർദ്ധചാലക മെറ്റീരിയൽ എന്ന നിലയിൽ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അതിൻ്റെ മികച്ച വൈദ്യുത ഗുണങ്ങൾ (വലിയ ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ്, ഉയർന്ന ഇലക്‌ട്രോൺ സാച്ചുറേഷൻ വേഗത, താപ ചാലകത എന്നിവ) കാരണം വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. ഈ ഗുണങ്ങൾ ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലും ഉയർന്ന താപനിലയിലും ഉയർന്ന പവർ ഉപകരണ നിർമ്മാണത്തിലും, പ്രത്യേകിച്ച് പവർ ഇലക്ട്രോണിക്സ് മേഖലയിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.

ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങളുടെ സ്വാധീനം: SiC യുടെ ഈ ഗുണങ്ങൾ ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, ഉയർന്ന പ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ വികസനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു പ്രധാന പ്രശ്നമായി പരലുകളിലെ വൈകല്യങ്ങൾ നിലനിൽക്കുന്നു. ഈ വൈകല്യങ്ങൾ ഉപകരണത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തന നിലവാരത്തകർച്ചയ്ക്ക് കാരണമാവുകയും ഉപകരണത്തിൻ്റെ വിശ്വാസ്യതയെ ബാധിക്കുകയും ചെയ്യും.
എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ: ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിനും ഉപകരണ പ്രകടനത്തിലെ വൈകല്യങ്ങളുടെ ആഘാതം മനസ്സിലാക്കുന്നതിനും, SiC പരലുകളിലെ വൈകല്യ കോൺഫിഗറേഷൻ സ്വഭാവീകരിക്കുകയും വിശകലനം ചെയ്യുകയും ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജിംഗ് (പ്രത്യേകിച്ച് സിൻക്രോട്രോൺ റേഡിയേഷൻ ബീമുകൾ ഉപയോഗിച്ച്) ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ ആന്തരിക ഘടനയുടെ ഉയർന്ന മിഴിവുള്ള ചിത്രങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു പ്രധാന സ്വഭാവസവിശേഷതയായി മാറിയിരിക്കുന്നു.
ഗവേഷണ ആശയങ്ങൾ
റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി: യഥാർത്ഥ എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ചിത്രങ്ങളിൽ കാണപ്പെടുന്ന വൈകല്യ കോൺട്രാസ്റ്റ് അനുകരിക്കുന്നതിന് ഓറിയൻ്റേഷൻ കോൺട്രാസ്റ്റ് മെക്കാനിസത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കാൻ ലേഖനം നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. വിവിധ അർദ്ധചാലകങ്ങളിലെ ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങൾ പഠിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ഫലപ്രദമായ മാർഗമാണ് ഈ രീതി തെളിയിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്.
സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ: 4H-SiC, 6H-SiC പരലുകൾ എന്നിവയിൽ കാണപ്പെടുന്ന വ്യത്യസ്ത സ്ഥാനചലനങ്ങളെ മികച്ച രീതിയിൽ അനുകരിക്കുന്നതിന്, ഗവേഷകർ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ഉപരിതല വിശ്രമത്തിൻ്റെയും ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ആഗിരണത്തിൻ്റെയും ഫലങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്തു.
ഗവേഷണ ഉള്ളടക്കം
ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ തരം വിശകലനം: റേ ട്രാക്കിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് SiC യുടെ വ്യത്യസ്ത പോളിടൈപ്പുകളിൽ (4H, 6H എന്നിവയുൾപ്പെടെ) വ്യത്യസ്ത തരം ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ (സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ, എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ, മിക്സഡ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ, ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ, ഫ്രാങ്ക്-ടൈപ്പ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ എന്നിവ പോലുള്ളവ) ലേഖനം വ്യവസ്ഥാപിതമായി അവലോകനം ചെയ്യുന്നു. സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ.
സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗം: ദുർബലമായ ബീം ടോപ്പോളജി, പ്ലെയിൻ വേവ് ടോപ്പോളജി എന്നിങ്ങനെ വ്യത്യസ്ത ബീം സാഹചര്യങ്ങളിൽ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗവും സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയിലൂടെ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെ ഫലപ്രദമായ നുഴഞ്ഞുകയറ്റ ആഴം എങ്ങനെ നിർണ്ണയിക്കാമെന്നും പഠിക്കുന്നു.
പരീക്ഷണങ്ങളുടെയും സിമുലേഷനുകളുടെയും സംയോജനം: പരീക്ഷണാത്മകമായി ലഭിച്ച എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ചിത്രങ്ങളെ സിമുലേറ്റഡ് ഇമേജുകളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, ഡിസ്ലോക്കേഷൻ തരം, ബർഗേഴ്സ് വെക്റ്റർ, ക്രിസ്റ്റലിലെ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെ സ്പേഷ്യൽ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനുള്ള സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ കൃത്യത പരിശോധിക്കപ്പെടുന്നു.
ഗവേഷണ നിഗമനങ്ങൾ
സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഫലപ്രാപ്തി: SiC-യിലെ വിവിധ തരം സ്ഥാനഭ്രംശങ്ങളുടെ ഗുണവിശേഷതകൾ വെളിപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ലളിതവും വിനാശകരമല്ലാത്തതും വ്യക്തമല്ലാത്തതുമായ രീതിയാണ് റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയെന്ന് പഠനം കാണിക്കുന്നു.
3D ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ കോൺഫിഗറേഷൻ വിശകലനം: സിമുലേഷൻ ടെക്‌നോളജിയിലൂടെ, 3D ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ കോൺഫിഗറേഷൻ വിശകലനവും സാന്ദ്രത അളക്കലും നടത്താം, ഇത് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയുടെ സമയത്ത് സ്ഥാനഭ്രംശങ്ങളുടെ സ്വഭാവവും പരിണാമവും മനസ്സിലാക്കുന്നതിന് നിർണ്ണായകമാണ്.
ഭാവിയിലെ പ്രയോഗങ്ങൾ: റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ടോപ്പോളജിയിലും ലബോറട്ടറി അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിയിലും കൂടുതൽ പ്രയോഗിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ മറ്റ് പോളിടൈപ്പുകളുടെ (15R-SiC പോലുള്ളവ) അല്ലെങ്കിൽ മറ്റ് അർദ്ധചാലക സാമഗ്രികളുടെ വൈകല്യ സ്വഭാവങ്ങളുടെ സിമുലേഷനിലേക്കും വ്യാപിപ്പിക്കാം.
ചിത്രം അവലോകനം

ചിത്രം 1: ട്രാൻസ്മിഷൻ (ലോ) ജ്യാമിതി, റിവേഴ്സ് റിഫ്ലക്ഷൻ (ബ്രാഗ്) ജ്യാമിതി, മേച്ചിൽ സംഭവങ്ങളുടെ ജ്യാമിതി എന്നിവ ഉൾപ്പെടെയുള്ള സിൻക്രോട്രോൺ റേഡിയേഷൻ എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജിംഗ് സജ്ജീകരണത്തിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം. എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകൾ രേഖപ്പെടുത്തുന്നതിനാണ് ഈ ജ്യാമിതികൾ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

ചിത്രം 2: സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷന് ചുറ്റുമുള്ള വികലമായ പ്രദേശത്തിൻ്റെ എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം. ലോക്കൽ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പ്ലെയിൻ നോർമൽ (n), ലോക്കൽ ബ്രാഗ് ആംഗിൾ (θB) എന്നിവയുമായുള്ള ഇൻസിഡൻ്റ് ബീമും (s0) ഡിഫ്രാക്റ്റഡ് ബീമും (sg) തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ഈ കണക്ക് വിശദീകരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 3: 6H-SiC വേഫറിലെ മൈക്രോപൈപ്പുകളുടെ (MPs) ബാക്ക്-റിഫ്ലക്ഷൻ എക്സ്-റേ ടോപ്പോഗ്രാഫി ഇമേജുകളും അതേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ അവസ്ഥയിൽ ഒരു സിമുലേറ്റഡ് സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ്റെ (b = 6c) വ്യതിരിക്തതയും.

ചിത്രം 4: 6H-SiC വേഫറിൻ്റെ ബാക്ക്-റിഫ്ലക്ഷൻ ടോപ്പോഗ്രാഫി ഇമേജിലെ മൈക്രോപൈപ്പ് ജോഡികൾ. വ്യത്യസ്ത സ്‌പെയ്‌സിംഗുകളുള്ള ഒരേ എംപിമാരുടെയും എതിർ ദിശകളിലുള്ള എംപിമാരുടെയും ചിത്രങ്ങൾ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷനുകൾ വഴി കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 5: മേച്ചിൽ സംഭവങ്ങൾ 4H-SiC വേഫറിലെ ക്ലോസ്ഡ്-കോർ സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ (TSDs) എക്സ്-റേ ടോപ്പോഗ്രാഫി ചിത്രങ്ങൾ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ചിത്രങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ എഡ്ജ് കോൺട്രാസ്റ്റ് കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 6: 4H-SiC വേഫറിൽ ഇടംകൈയ്യൻ, വലംകൈയ്യൻ 1c ടിഎസ്ഡികളുടെ എക്സ്-റേ ടോപ്പോഗ്രാഫി ചിത്രങ്ങൾ മേച്ചിൽ സംഭവങ്ങളുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷനുകൾ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 7: 4H-SiC, 6H-SiC എന്നിവയിലെ ടിഎസ്‌ഡികളുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷനുകൾ കാണിക്കുന്നു, വ്യത്യസ്ത ബർഗർ വെക്‌ടറുകളും പോളിടൈപ്പുകളും ഉള്ള സ്ഥാനചലനങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 8: 4H-SiC വേഫറുകളിലെ വിവിധ തരം ത്രെഡിംഗ് എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ (TEDs) എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകളും റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് സിമുലേറ്റ് ചെയ്ത TED ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകളും മേച്ചൽ സംഭവങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 9: 4H-SiC വേഫറുകളിലെ വിവിധ TED തരങ്ങളുടെ എക്സ്-റേ ബാക്ക്-റിഫ്ലക്ഷൻ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകളും സിമുലേറ്റഡ് TED കോൺട്രാസ്റ്റും കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 10: പ്രത്യേക ബർഗർ വെക്‌ടറുകളുള്ള മിക്സഡ് ത്രെഡിംഗ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ (ടിഎംഡി) റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഇമേജുകളും പരീക്ഷണാത്മക ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകളും കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 11: 4H-SiC വേഫറുകളിലെ ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ (BPDs) ബാക്ക്-റിഫ്ലക്ഷൻ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകളും സിമുലേറ്റഡ് എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ കോൺട്രാസ്റ്റ് രൂപീകരണത്തിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രാമും കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 12: ഉപരിതല വിശ്രമവും ഫോട്ടോ ഇലക്‌ട്രിക് ആബ്‌സോർപ്‌ഷൻ ഇഫക്‌റ്റുകളും കണക്കിലെടുത്ത് വ്യത്യസ്ത ആഴങ്ങളിൽ വലംകൈയ്യൻ ഹെലിക്കൽ ബിപിഡികളുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഇമേജുകൾ കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 13: വ്യത്യസ്‌ത ആഴത്തിലുള്ള വലംകൈയ്യൻ ഹെലിക്കൽ ബിപിഡികളുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ചിത്രങ്ങളും മേച്ചിൽ സംഭവങ്ങളുടെ എക്‌സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകളും കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 14: 4H-SiC വേഫറുകളിൽ ഏത് ദിശയിലും ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം കാണിക്കുന്നു, പ്രൊജക്ഷൻ ദൈർഘ്യം അളന്ന് തുളച്ചുകയറുന്ന ആഴം എങ്ങനെ നിർണ്ണയിക്കും.

ചിത്രം 15: വ്യത്യസ്‌ത ബർഗർ വെക്‌ടറുകളുമായുള്ള ബിപിഡികളുടെ വൈരുദ്ധ്യവും, മേച്ചിൽ സംഭവത്തിലെ എക്‌സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ചിത്രങ്ങളിലെ ലൈൻ ദിശകളും, അനുബന്ധ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളും.

ചിത്രം 16: 4H-SiC വേഫറിൽ വലംകൈയൻ വ്യതിചലിച്ച TSD-യുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഇമേജും മേച്ചിൽ സംഭവങ്ങളുടെ എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ചിത്രവും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 17: 8° ഓഫ്‌സെറ്റ് 4H-SiC വേഫറിൽ വ്യതിചലിച്ച TSD-യുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷനും പരീക്ഷണാത്മക ചിത്രവും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 18: വ്യത്യസ്‌ത ബർഗർ വെക്‌ടറുകൾ ഉള്ള ടിഎസ്‌ഡി, ടിഎംഡി എന്നിവയുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഇമേജുകൾ കാണിക്കുന്നു, എന്നാൽ ഒരേ ലൈൻ ദിശയാണ് കാണിക്കുന്നത്.

ചിത്രം 19: ഫ്രാങ്ക്-ടൈപ്പ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഇമേജും അനുബന്ധ മേച്ചിൽ സംഭവങ്ങളും എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 20: 6H-SiC വേഫറിലെ മൈക്രോപൈപ്പിൻ്റെ ട്രാൻസ്മിറ്റഡ് വൈറ്റ് ബീം എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജും റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ചിത്രവും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 21: 6H-SiC യുടെ അക്ഷീയമായി മുറിച്ച സാമ്പിളിൻ്റെ മേച്ചിൽ സംഭവങ്ങൾ മോണോക്രോമാറ്റിക് എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജും BPD-കളുടെ റേ ട്രേസിംഗ് സിമുലേഷൻ ചിത്രവും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 22: വ്യത്യസ്ത സംഭവ കോണുകളിൽ 6H-SiC അക്ഷീയമായി മുറിച്ച സാമ്പിളുകളിൽ BPD-കളുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഇമേജുകൾ കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 23: ഗ്രേസിംഗ് ഇൻസിഡൻസ് ജ്യാമിതിക്ക് കീഴിലുള്ള 6H-SiC അക്ഷീയമായി മുറിച്ച സാമ്പിളുകളിൽ TED, TSD, TMD എന്നിവയുടെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് സിമുലേഷൻ ഇമേജുകൾ കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 24: 4H-SiC വേഫറിലെ ഐസോക്ലിനിക് ലൈനിൻ്റെ വിവിധ വശങ്ങളിലുള്ള വ്യതിചലിച്ച TSD-കളുടെ എക്സ്-റേ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇമേജുകളും അനുബന്ധ റേ ട്രെയ്സിംഗ് സിമുലേഷൻ ചിത്രങ്ങളും കാണിക്കുന്നു.

ഈ ലേഖനം അക്കാദമിക് പങ്കിടലിന് മാത്രമുള്ളതാണ്. എന്തെങ്കിലും ലംഘനം ഉണ്ടെങ്കിൽ, അത് ഇല്ലാതാക്കാൻ ഞങ്ങളെ ബന്ധപ്പെടുക.