分子束外延技術(shù)的英文縮寫為MBE,這是一種在晶體基片上生長高質(zhì)量的晶體薄膜的新技術(shù)。在超高真空條件下,由裝有各種所需組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸氣,經(jīng)小孔準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。
分子束外延技術(shù)的優(yōu)點是:使用的襯底溫度低,膜層生長速率慢,束流強度易于準確控制,膜層組分和摻雜濃度可隨源的變化而迅速調(diào)整。用這種技術(shù)已能制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(jié)構(gòu)材料。
(1)生長速率極慢,大約1um/小時,相當于每秒生長一個單原子層,因此有利于實現(xiàn)準確控制厚度、結(jié)構(gòu)與成分和形成陡峭的異質(zhì)結(jié)構(gòu)等。實際上是一種原子級的加工技術(shù),因此MBE特別適于生長超晶格材料。
(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(yīng)和襯底雜質(zhì)對外延層的自摻雜擴散影響。
(3)由于生長是在超高真空中進行的,襯底表面經(jīng)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(zhì)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(jié)構(gòu)、成分和真空殘余氣體的儀器,可以隨時監(jiān)控外延層的成分和結(jié)構(gòu)的完整性,有利于科學(xué)研究.
(4)MBE是一個動力學(xué)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(xué)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)分子束外延技術(shù)是一個超高真空的物理沉積過程,既不需要考慮中間化學(xué)反應(yīng),又不受質(zhì)量傳輸?shù)挠绊?,并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(diào)整。