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技术资料

分子束外延技术简介

分子束外延(MBE)是新发展起来的外延制膜方法,也是一种特殊的真空镀膜工艺。外延是一种制备单晶薄膜的新技术,它是在适当的衬底与合适的条件下,沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜的方法。该技术的优点是:使用的衬底温度低,膜层生长速率慢,束流强度易于精确控制,膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜,以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子显微结构材料。

原理

分子束外延的英文缩写为MBE,这是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下,由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气,经小孔准直后形成的分子束或原子束,直接喷射到适当温度的单晶基片上,同时控制分子束对衬底扫描,就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。

特点

(1)生长速率极慢,大约1um/小时,相当于每秒生长一个单原子层,因此有利于实现精确控制厚度、结构与成分和形成陡峭的异质结构等。实际上是一种原子级的加工技术,因此MBE特别适于生长超晶格材料。
(2)外延生长的温度低,因此降低了界面上热膨胀引入的晶格失配效应和衬底杂质对外延层的自掺杂扩散影响。
(3)由于生长是在超高真空中进行的,衬底表面经过处理可成为完全清洁的,在外延过程中可避免沾污,因而能生长出质量极好的外延层。在分子束外延装置中,一般还附有用以检测表面结构、成分和真空残余气体的仪器,可以随时监控外延层的成分和结构的完整性,有利于科学研究.
(4)MBE是一个动力学过程,即将入射的中性粒子(原子或分子)一个一个地堆积在衬底上进行生长,而不是一个热力学过程,所以它可以生长按照普通热平衡生长方法难以生长的薄膜。

(5)MBE是一个超高真空的物理沉积过程,既不需要考虑中间化学反应,又不受质量传输的影响,并且利用快门可以对生长和中断进行瞬时控制。因此,膜的组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。

应用

分子束外延不仅可用来制备现有的大部分器件,而且也可以制备许多新器件,包括其它方法难以实现的,如借助原子尺度膜厚控制而制备的超晶格结构高电子迁移率晶体管和多量子阱型激光二极管等。我们在公车上看到的车站预告板,在体育场看到的超大显示屏,其发光元件就是由分子束外延制造的。

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