分子束外延 (简称 MBE)

分子束外延 (MBE) 是一种技术,可以在超高真空 (UHV) 条件下的单晶上获得原子尺度生长的材料。良好的 UHV (~1e-11 hPa) 条件和 RGA 分析对良好的外延质量至关重要。MBE 现今广泛应用于半导体器件的生产,对纳米和量子技术而言也是最重要的技术之一。

如何运行
在固体源 MBE 中,镓和砷等超纯元素在真空中热蒸发(典型值为 10-8 hPa 到 2x10-5 hPa)。容器里的原子扩散通量到达晶圆,在这里进行外延生长。以镓和砷为例,此过程中会形成单晶砷化镓。撞击到表面的原子吸附、迁移并融入晶圆的晶格中。如果衬底温度过高,它们还可能解吸。控制源的温度则可以控制材料撞击衬底的速度。衬底温度会影响迁移长度和解吸率。术语“束” (beam) 是指蒸发的原子在到达晶圆之前不会相互作用或与残留气体发生作用,这是因为在低压下原子的平均自由程很大。因此,可以采用简单的机械百叶窗来中止通量。

为何需要真空及相关产品系列
分子束外延在高真空或超高真空 (10-8-10-12 hPa) 中进行。典型的 MBE 沉积速率为每小时 1000 纳米,这使得薄膜可以外延式生长。达到这种沉积速率相应需要更好的真空度,以达到与其他沉积技术相同的杂质水平。由于超高真空环境以及没有载气,生长的薄膜可以达到最高纯度。普发真空提供各种不同的干式前级泵和高压缩比的涡轮泵。对于 MBE 应用,普发真空还可以提供真空计以控制系统中的压力,并提供质谱仪来进行残余气体分析 (RGA)。

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