Войти
Простой эскиз, показывающий основные компоненты, а также примерную компоновку и концепцию основной камеры в системе молекулярно-лучевой эпитаксии. Молекулярно-лучевой эпитаксии ( МЛЭ) является эпитаксии методом осаждения тонких пленок из монокристаллов. MBE широко используется при производстве полупроводниковых устройств, в том числе транзисторов, и считается одним из фундаментальных инструментов для развития нанотехнологий. MBE используется для изготовления диодов и полевых МОП - транзисторов ( полевых МОП -транзисторов ) на микроволновых частотах, а также для производства лазеров, используемых для чтения оптических дисков (таких как компакт-диски и DVD ).
Оригинальные идеи процесса MBE были впервые сформулированы Гюнтером. Нанесенные им пленки не были эпитаксиальными, а были нанесены на стеклянные подложки. С развитием вакуумной технологии процесс МПЭ был продемонстрирован Дэви и Панки, которым удалось выращивать эпитаксиальные пленки GaAs на монокристаллических подложках GaAs с использованием метода Гюнтера. Основные последующее развитие MBE фильмов стало возможным благодаря JR Артура исследования кинетического поведения механизмов роста и Alfred Y. Cho «s на месте в наблюдении процесса МЛЭ с использованием ДБЭО в конце 1960 - х годов.
Молекулярно-лучевая эпитаксия происходит в высоком или сверхвысоком вакууме (10 -8 -10 -12 Торр ). Наиболее важным аспектом МПЭ является скорость осаждения (обычно менее 3000 нм в час), которая позволяет пленкам расти эпитаксиально. Эти скорости осаждения требуют пропорционально лучшего вакуума для достижения тех же уровней примесей, что и другие методы осаждения. Отсутствие газов-носителей, а также сверхвысокий вакуум обеспечивают максимально достижимую чистоту выращенных пленок.
Островки серебра толщиной один атом, нанесенные на поверхность палладия (111) термическим испарением. Подложка, несмотря на то, что она прошла зеркальную полировку и вакуумный отжиг, выглядит как серия террас. Калибровка покрытия была достигнута путем отслеживания времени, необходимого для завершения полного монослоя, с помощью туннельной микроскопии (СТМ) и по появлению состояний с квантовыми ямами, характерных для толщины серебряной пленки в фотоэмиссионной спектроскопии (ARPES). Размер изображения 250 нм на 250 нм. В МПЭ с твердым источником такие элементы, как галлий и мышьяк, в сверхчистой форме нагреваются в отдельных квазикнудсеновских эффузионных ячейках или электронно-лучевых испарителях до тех пор, пока они не начнут медленно сублимироваться. Затем газообразные элементы конденсируются на пластине, где они могут вступать в реакцию друг с другом. На примере галлия и мышьяка образуется монокристаллический арсенид галлия. Когда используются источники испарения, такие как медь или золото, газообразные элементы, падающие на поверхность, могут адсорбироваться (после временного окна, когда падающие атомы будут прыгать по поверхности) или отражаться. Атомы на поверхности также могут десорбироваться. Регулирование температуры источника будет управлять скоростью столкновения материала с поверхностью подложки, а температура подложки будет влиять на скорость прыжка или десорбции. Термин «пучок» означает, что испаренные атомы не взаимодействуют друг с другом или газами вакуумной камеры, пока не достигнут пластины, из-за большой длины свободного пробега атомов.
Во время работы дифракция электронов высоких энергий на отражение (ДБЭ) часто используется для контроля роста кристаллических слоев. Компьютер управляет жалюзи перед каждой печью, что позволяет точно контролировать толщину каждого слоя, вплоть до одного слоя атомов. Таким образом можно изготавливать сложные конструкции из слоев различных материалов. Такой контроль позволил разработать структуры, в которых электроны могут быть ограничены в пространстве, давая квантовые ямы или даже квантовые точки. Такие слои сейчас являются важной частью многих современных полупроводниковых устройств, включая полупроводниковые лазеры и светодиоды.
В системах, где потребность субстрата должна быть охлаждена, ультра-высокий вакуум окружающей среды в ростовой камере поддерживаются системой крионасосов и cryopanels, охлажденный с помощью жидкого азота или холодного газообразного азота до температуры, близкого к 77 градусам Кельвина (-196 градусов по Цельсию ). Холодные поверхности действуют как сток для примесей в вакууме, поэтому уровни вакуума должны быть на несколько порядков выше для осаждения пленок в этих условиях. В других системах пластины, на которых выращиваются кристаллы, могут быть установлены на вращающемся диске, который во время работы может нагреваться до нескольких сотен градусов Цельсия.
Молекулярно-лучевая эпитаксия (МБЭ) также используется для осаждения некоторых типов органических полупроводников. В этом случае молекулы, а не атомы, испаряются и осаждаются на пластине. Другие варианты включают MBE с газовым источником, который напоминает химическое осаждение из паровой фазы.
Системы MBE также могут быть модифицированы в соответствии с потребностями. Источники кислорода, например, могут быть включены для нанесения оксидных материалов для передовых электронных, магнитных и оптических приложений, а также для фундаментальных исследований.
Одним из наиболее успешных достижений молекулярно-лучевой эпитаксии являются наноструктуры, которые позволили формировать атомно-плоские и резкие гетерограницы. Такие структуры сыграли беспрецедентную роль в расширении знаний в области физики и электроники. Совсем недавно были созданы нанопроволоки и встроенные в них квантовые структуры, которые позволяют обрабатывать информацию и возможную интеграцию с приложениями на кристалле для квантовой связи и вычислений. Эти гетероструктурные лазеры на нанопроволоке можно создать только с использованием передовых методов МЛЭ, позволяющих монолитную интеграцию на кремнии и обработку пикосекундных сигналов.
Неустойчивость Асаро – Тиллера – Гринфельда (ATG), также известная как неустойчивость Гринфельда, представляет собой упругую неустойчивость, часто встречающуюся во время молекулярно-лучевой эпитаксии. Если есть несоответствие между размерами решеток растущей пленки и поддерживающего кристалла, упругая энергия будет накапливаться в растущей пленке. На некоторой критической высоте свободная энергия пленки может быть уменьшена, если пленка разорвется на изолированные островки, где натяжение может быть ослаблено в боковом направлении. Критическая высота зависит от модуля Юнга, размера рассогласования и поверхностного натяжения.
Были исследованы некоторые приложения этой нестабильности, такие как самосборка квантовых точек. Это сообщество использует название роста Странски – Крастанова для ATG.
