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分子束外延生長室構成示意圖

  分子束外延生長室構成示意圖

1內容

分子束外延的英文縮寫為MBE,這是一種在晶體基片上生長高質量的晶體薄膜的新技術。在超高真空條件下,由裝有各種所需組分的爐子加熱而產生的蒸氣,經小孔准直后形成的分子束或原子束,直接噴射到適當溫度的單晶基片上,同時控制分子束對襯底掃描,就可使分子或原子按晶體排列一層層地「長」在基片上形成薄膜。該技術的優點是:使用的襯底溫度低,膜層生長速率慢,束流強度易於精確控制,膜層組分和摻雜濃度可隨源的變化而迅速調整。用這種技術已能製備薄到幾十個原子層的單晶薄膜,以及交替生長不同組分、不同摻雜的薄膜而形成的超薄層量子阱微結構材料。

2特點

(1)生長速率極慢,大約1um/小時,相當於每秒生長一個單原子層,因此有利於實現精確控制厚度、結構與成分和形成陡峭的異質結構等。實際上是一種原子級的加工技術,因此MBE特別適於生長超晶格材料。(2)外延生長的溫度低,因此降低了界面上熱膨脹引入的晶格失配效應和襯底雜質對外延層的自摻雜擴散影響。(3)由於生長是在超高真空中進行的,襯底表面經過處理可成為完全清潔的,在外延過程中可避免沾污,因而能生長出質量極好的外延層。在分子束外延裝置中,一般還附有用以檢測表面結構、成分和真空殘餘氣體的儀器,可以隨時監控外延層的成分和結構的完整性,有利於科學研究.(4)MBE是一個動力學過程,即將入射的中性粒子(原子或分子)一個一個地堆積在襯底上進行生長,而不是一個熱力學過程,所以它可以生長按照普通熱平衡生長方法難以生長的薄膜。(5)MBE是一個超高真空的物理沉積過程,既不需要考慮中間化學反應,又不受質量傳輸的影響,並且利用快門可以對生長和中斷進行瞬時控制。因此,膜的組分和摻雜濃度可隨源的變化而迅速調整。

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