分子束外延

分子束外延（MBE）是新發展起來的外延制膜方法，也是一種特殊的真空鍍膜工藝。外延是一種製備單晶薄膜的新技術，它是在適當的襯底與合適的條件下，沿襯底材料晶軸方向逐層生長薄膜的方法。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顯微結構材料。

基本介紹

• 中文名：分子束外延
• 外文名：Molecular beam epitaxy
• 英文縮寫：MBE
• 所屬類別：薄膜工藝

原理

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，經小孔準直後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。

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。

套用

分子束外延不僅可用來製備現有的大部分器件，而且也可以製備許多新器件，包括其它方法難以實現的，如藉助原子尺度膜厚控制而製備的超晶格結構高電子遷移率電晶體和多量子阱型雷射二極體等。我們在公車上看到的車站預告板，在體育場看到的超大顯示屏，其發光元件就是由分子束外延製造的。