分子束外延系统

分子束外延系统为一种在物理学、化学、材料科学领域应用的分析仪器。

近十几年来在半导体工艺中发展起来的一项新技术包括分子束外延技术，其在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，通过一定的热运动速度，根据一定的比例由喷射炉中往基片上喷射去进行晶体外延生长而对单晶膜进行制备的一种方法。简称为MBE法。

分子束外延系统主要功能

基于传统的分子束外延（MBE）和脉冲激光沉积系统（PLD）发展出来了激光分子束外延系统（LMBE）。脉冲激光沉积系统（PLD）结合对原位监测进行提供的反射高能电子衍射仪（RHEED），使得与分子束外延系统（（MBE）类似的单原子层精度的薄膜生长得以实现。与分子束外延系统（（MBE）的热蒸发相比较，其为通过脉冲激光的高能量蒸发甚至电离材料，所以被叫做激光分子束外延系统（LaserMBE）。激光分子束外延系统（LaserMBE）属于高端薄膜制备设备，对于各种纳米尺度的单层膜或多层膜的生长十分适用。

分子束外延系统技术指标

超高真空沉积腔体，本底真空比10-9mbar要好，能够与如磁控溅射源、离子源、STM、XPS等多种薄膜制备以及表面分析设备集成。能够利用软件对工艺流程进行编写，自动执行系统，能够使多层膜的自动化生长得以实现。将原位监测的RHEED提供给激光分子束外延系统的电子枪一般需要在较高的真空环境下进行工作（低于10-6mbar），然而在成膜过程中，较高的工艺压力一般为LMBE系统所需要。

分子束外延系统为一种在物理学、化学、材料科学领域应用的分析仪器。

近十几年来在半导体工艺中发展起来的一项新技术包括分子束外延技术，其在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，通过一定的热运动速度，根据一定的比例由喷射炉中往基片上喷射去进行晶体外延生长而对单晶膜进行制备的一种方法。简称为MBE法。

分子束外延生长的原理及特点

在超高真空系统中往喷射炉中中放入所需要的结晶材料，对喷射炉进行加热，使得分子束在结晶材料上形成，由炉中喷出后，在温度维持于几百度的单晶基片上进行沉积。若对几个喷射炉进行设置，就能够对多元半导体混晶进行制取，又能够同时进行掺杂。因为分子束的强度、相对比通过四极质谱仪来进行监控，并且往各个喷射炉反馈测到的信，就能够对结晶生长进行精确地控制。若再将高能电子衍射仪及其他分析仪器装上，就能够对沉积系统中结晶生长过程进行研究。

通过对分子束外延的利用除了将双质结激光器、三维介质集成光波导制取了，而且还能够使用该方法在同一基片上重叠地生长二种光波导。使得由一个波导移向另一个波导的锥形辋合器制成，其耦合系数与100%相接近。

相比于其他液相、气相外延生长法，分子束外延生长法的特点为：

1、能够使得大面积的表面和界面有原子级平整度的外延生长膜获得。

2、在同一系统中，能够对单晶薄膜的生长过程进行原位观察，能够进行生长机制的研究。花费较长的时间，较差的大批量生产性以及对真空条件有着较高的要求为外延生长的缺点。

3、在超高真空下进行的分子束外延生长，残余气体对膜有着较少的污染，能够使表面保持非常清洁。

4、有着较低的生长温度，例如硅仅需500摄氏度，砷化镓仅需500-600摄氏度。

5、有着较慢的生长速度（每小时1-10微米），超薄（几微米）并且平整的膜能够生长，能够精确地对膜层厚度、组分和杂质浓度进行控制。

分子束外延系统为一种在物理学、化学、材料科学领域应用的分析仪器。

近十几年来在半导体工艺中发展起来的一项新技术包括分子束外延技术，其在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，通过一定的热运动速度，根据一定的比例由喷射炉中往基片上喷射去进行晶体外延生长而对单晶膜进行制备的一种方法。简称为MBE法。

分子束外延系统影响分子束外延的因素

1、压力的影响

在10-3帕真空度下，在1秒钟时间内残余气体的单原于层就能够覆盖臂开的表面，如果在10-5到10-7Pa真空条件下臂开并且马上进行蒸镀，那么应当更进一步地降低外延温度，然而通过实验证明，并不是这样，例如M和A在高真空下进行外延蒸镀与在超高真空下进行外延蒸镀，它们的结果的差别并没有很大。但是铜、银和金在超高真空下，使(001)面平行于基片，那么单晶膜的生成就会变得相当困难，这表明对铜、银和金进行外延蒸镀时，还需要对基片表面进行适用的处理。

2、蒸发速度的影响

若对蒸发速度进行降低也会降低碲的外延温度，将金蒸镀外延于氯化钠时，也会降低氯化钠上面的平行方位的蒸发速度，就能够在较低的基片温度下进行晶体外延。

3、外延温度的影响

为了导致外延，基片的温度应当达到某一温度值，那么加热超过外延温度就变得相当有必要。并且外延温度还和其他的条件相关。当条件不一样时，外延温度也会存在差异。

4、基片结晶的臂开的影响

在以往的常规研究方面，基片结晶是在大气下臂开（机械折断使得结晶面产生）之后往真空装置中放入来对外延单晶膜进行制取。晶面如果臂开就马上进行制膜的方法已经被研究了。因为该两种方法有所差异，因此其外延温度也不一样。在真空下臂开基片结晶会导致处延临界温度的值不同。

分子束外延系统为一种在物理学、化学、材料科学领域应用的分析仪器。

近十几年来在半导体工艺中发展起来的一项新技术包括分子束外延技术，其在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，通过一定的热运动速度，根据一定的比例由喷射炉中往基片上喷射去进行晶体外延生长而对单晶膜进行制备的一种方法。简称为MBE法。

分子束外延系统结构

样品进样室、预处理分析室和牛K窜等共同组成了分子束外延装置。通过闸扳阀隔开窜间，从而使生长室的超高真空与清洁得以确保。按照分子束外延装置系统的几何结构对真空系统进行相应地配置。按照要求，3个室的真空配置的配置泵的系统并不相同：

1、生长室

真空度为1.33×10-9帕。需要根据生长室的容积大小和所用的生长材料的阵质来进行配置。主泵主要为大抽速离子泵、太抽速闭路循环液氮低温泵、大抽速涡轮分子泵以及大抽速带冷阱的特种油扩散泵等四种泵，而通过钛来对泵进行升华加以辅助。

2、预处理分析室

真空度为1.33×10-8帕，是通过每秒400升抽速的离子泵来获得。

3、进样室

真空度为1.33×10-6到1.33×10-8帕。吸附泵或涡轮分子加离子泵在压力为1.33×10-6到1.33×10-7帕段使用。涡轮分子泵或其他泵加闭路循环液氮低温泵在压力为1.33×10-8帕使用，涡轮分子泵在压力为1.33×10-7帕时使用。

分子束外延系统为一种在物理学、化学、材料科学领域应用的分析仪器。

近十几年来在半导体工艺中发展起来的一项新技术包括分子束外延技术，其在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，通过一定的热运动速度，根据一定的比例由喷射炉中往基片上喷射去进行晶体外延生长而对单晶膜进行制备的一种方法。简称为MBE法。

分子束外延系统定义

分子束外延为一种新的晶体生长技术，简单称为MBE。该方法为在超高真空腔体中放置半导体衬底，以及根据元素的差异在喷射炉中（也在腔体内）分别放入需要生长的单晶物质，十分薄的（能够薄到单原子层水平）单晶体和几种物质交替的超晶格结构通过分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流可以在上述衬底上生长出来。不同结构或不同材料的晶体和超晶格的生长为分子束外延的主要研究对象。这种方法有着较低的生长温度，可以对外延层的层厚组分和掺杂浓度进行严格的控制。然而由于有着复杂的系统，生长速度比较慢，在一定程度上限制了生长的面积。

50年代，通过对真空蒸发技术制备半导体薄膜材料的应用使得分子束外延发展了起来。伴随着超高真空技术渐渐完善的发展，因为一系列崭新的超晶格器件通过分子束外延技术的发展被开拓了，使半导体科学的新领域得到了扩展，使得半导体物理和半导体器件受到的半导体材料的影响得到了进一步的说明。可以对超薄层的半导体材料进行制备为分子束外延的优点。外延材料有着较好的表面形貌，并且有着较大的面积以及较好的均匀性，能够使得不同掺杂剂或不同成份的多层结构制成。外延生长有着比较低的温度，对于外延层的纯度和完整性的提高相当的有帮助。化学配比较好的化合物半导体薄膜通过对各种元素的粘附系数的差别的利用能够制成。

分子束外延系统为一种在物理学、化学、材料科学领域应用的分析仪器。

近十几年来在半导体工艺中发展起来的一项新技术包括分子束外延技术，其在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，通过一定的热运动速度，根据一定的比例由喷射炉中往基片上喷射去进行晶体外延生长而对单晶膜进行制备的一种方法。简称为MBE法。

分子束外延发展

迁移增强外延技术（MEE）和气源分子束外延（GS-MEE）技术随着MBE技术的发展得以出现。自1986年问世以来，MEE技术的发展非常迅速

在砷化镓的MBE过程中，在镓原子到达表面以后不能够马达和砷原子发生表面反应生长砷化镓层，而是在衬底表面使镓原子保持一个较长的距离，使得表面台阶处成核生长达到。其在非常低的温度下（200摄氏度），也可以将高质量的外延层生长出来，对于镓和砷的束流强度的控制为较为关键的问题，不然会对表面的质量有所影响。气源迁移增强外延在近年来出现了.新的工艺研究方向为硅基低维材料的制作开辟了.为了对难以控制难以控制的问题发展气源MBE技术.发展起了气源MBE技术MBE方法生长InP系的主要困难通过继续对固态IV族元素和杂质源加以采用,再用砷烷和磷烷作为V族元素源来加以解决.

分子束外延系统为一种在物理学、化学、材料科学领域应用的分析仪器。

近十几年来在半导体工艺中发展起来的一项新技术包括分子束外延技术，其在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，通过一定的热运动速度，根据一定的比例由喷射炉中往基片上喷射去进行晶体外延生长而对单晶膜进行制备的一种方法。简称为MBE法。

分子束外延为一种物理沉积单晶薄膜方法。高温蒸发、辉光放电离子化、气体裂解，电子束加热蒸发等方法在超高真空腔内为源材料所采用，使得分子束流产生。入射分子束与衬底对能量进行交换以后，通过表面吸附、迁移、成核、生长成膜。多种监控设备为生长系统所配备，能够瞬时测量分析生长过程中衬底温度，生长速度，膜厚等。能够精确地监控对表面凹凸、起伏、原子覆盖度、黏附系数、蒸发系数及表面扩散距离等生长细节。因为MBE有着洁净的生长环境，有着较低的温度，精确的原位实时监测系统为其所具有，晶体有着较好的完整性，有着均匀准确的组分与厚度，作为光电薄膜，半导体薄膜生长工具非常良好。

分子束外延系统特点

1、不是在热平衡条件下进行MBE生长，为一个动力学过程，多以通常热平衡生长难以得到的晶体能够生长。

2、生长过程中，真空中有表面，通过附设的设备能够对生长过程、组分、表面状态等进行原位（即时）观测，分析、研究。