Три

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12381 (2023) Цитировать эту статью

273 Доступа

Подробности о метриках

Рентгеновская топография является мощным методом неразрушающего анализа кристаллических дефектов и напряжений в кристаллических материалах. Однако в традиционной рентгеновской топографии используются простые рентгеновские дифракционные изображения, что означает, что информацию о глубине дефектов и дислокаций получить невозможно. Поэтому мы разработали новый метод трехмерной микрорентгеновской топографии (3D μ-XRT), который сочетает в себе топографию сечения по Брэггу с сфокусированными рентгеновскими лучами в форме листа. Разрешение по глубине 3D-мю-XRT зависит главным образом от размера сфокусированного рентгеновского луча и позволяет неразрушающее наблюдение внутренних дефектов и дислокаций с точностью порядка 1 мкм. Демонстративное наблюдение за чипами силовых устройств SiC показало, что дефекты упаковки, резьба винта, кромка резьбы и дислокации базовой плоскости четко визуализируются в трехмерном виде с точностью по глубине 1,3 мкм. 3D μ-XRT — это новый многообещающий подход для высокочувствительного и неразрушающего анализа кристалличности материалов в трехмерном виде.

Рентгеновская топография широко используется для неразрушающего и высокочувствительного анализа кристаллических искажений, дислокаций и дефектов в кристаллических материалах, таких как пластины, слитки и полупроводниковые приборы. Однако информацию о глубине получить невозможно, поскольку информацию о кристалличности обычно получают из двумерного распределения интенсивности (топограммы) дифракции отраженных или проходящих рентгеновских лучей. Поэтому трехмерный анализ дефектов и искажений кристалла вообще невозможно выполнить, и невозможно определить, находится ли дефект кристалла вблизи поверхности или глубоко внутри материала. Хотя были проведены стереографические наблюдения и получены 3D-дефекты внутри кристаллов1,2, определить их глубину микронного порядка пока не удалось. Поэтому анализ глубины дефектов упаковки в эпитаксиальном слое, вызывающих деградацию силовых полупроводниковых приборов, невозможен. Для трехмерной характеристики кристаллических материалов были разработаны топография среза, топотомография и сканирующая микротопография с использованием сфокусированного рентгеновского микролуча. Топография сечения3, 4 позволяет получить трехмерную топограмму путем суммирования нескольких топограмм, полученных с помощью листового рентгеновского излучения путем сканирования образца. Он использовался для визуализации трехмерной структуры дефектов шейки кристаллического слитка5, а также для других целей. Однако пространственное разрешение зависит главным образом от высоты листа рентгеновского луча и ограничено субмиллиметровым порядком. Сообщается, что недавно предложенный метод микротопографии, называемый рентгеновской микроскопией в темном поле (DFXM), в котором используется сфокусированный листовой рентгеновский луч, позволяет получить подробную трехмерную карту искажений в объемном алюминиевом блоке6. Однако поле зрения было ограничено отображающей рентгеновской линзой до 100 мкм, и наблюдения проводились только в геометрии пропускания (случай Лауэ). Поэтому для наблюдения всего силового устройства площадью несколько квадратных мм путем сканирования требуется длительное время измерения.

Метод топотомографии7 аналогичен рентгеновской компьютерной томографии тем, что образец вращается, а трехмерное распределение рассчитывается по топограмме, полученной при каждом угле поворота. Он был объединен с белым синхротронным излучением (СИ) для выполнения трехмерного наблюдения за распространением дислокаций на ранней стадии роста кристаллов кремния по методу Чохральского8. Однако пространственное разрешение в основном определяется рентгеновским аппаратом и расстоянием между образцом и рентгеновским аппаратом (рабочее расстояние (WD)), как и в случае рентгеновской микроКТ с параллельной геометрией луча. и составляет как минимум около 10 мкм. Кроме того, геометрия пропускания обычно используется для оценки объемного материала и не подходит для наблюдения за поверхностью плоских образцов, таких как полупроводниковые приборы, поскольку объемная информация смешивается. Чтобы преодолеть эту проблему, для плоских образцов был разработан метод, включающий ламинографию, который успешно использовался для визуализации дислокационных петель9 и образования полос скольжения при предшествующем механическом повреждении10 в кремниевых пластинах. Однако пространственное разрешение остается на уровне 3 мкм.