分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）系統(tǒng)是一種用于生長(zhǎng)薄膜和多層薄膜材料的高度精確的技術(shù)。其原理、結(jié)構(gòu)和影響因素如下：
原理： MBE利用高真空條件下分子束的原子或分子來(lái)生長(zhǎng)晶格匹配度非常好的薄膜。在該過(guò)程中，石墨坩堝中的源材料通過(guò)加熱，產(chǎn)生氣體分子或原子束，這些分子或原子通過(guò)光或機(jī)械系統(tǒng)從坩堝中釋放到襯底表面。通過(guò)充分控制各源氣體的通量，峰值，時(shí)間，溫度和沉積能量等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜生長(zhǎng)的極其精準(zhǔn)的控制。此外，分子束外延對(duì)生長(zhǎng)表面的清潔度和表面形貌要求極高，因?yàn)榧词股倭侩s質(zhì)也能嚴(yán)重影響薄膜的性能。
結(jié)構(gòu)：
- 石墨坩堝：用于加熱和蒸發(fā)源材料。
- 光電子發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)薄膜的生長(zhǎng)率和材料質(zhì)量。
- 襯底表面：用于生長(zhǎng)薄膜的基底。
- 源材料固化系統(tǒng)：用于將源材料加熱到蒸發(fā)或子狀態(tài)，形成分子束。
- 運(yùn)算系統(tǒng)：用于控制各源氣體通量，峰值和時(shí)間，監(jiān)測(cè)表面生長(zhǎng)率和薄膜質(zhì)量。
影響因素：
- 源材料選擇：對(duì)于不同的材料，需要不同的蒸發(fā)源和石墨坩堝加熱系統(tǒng)。
- 溫度控制：影響源材料的蒸發(fā)速率，溫度控制的穩(wěn)定性對(duì)薄膜的均勻性有重要影響。
- 氣壓：較低的氣壓有助于減少氣相雜質(zhì)的疊積，并且有利于薄膜的生長(zhǎng)。
- 襯底結(jié)構(gòu)與質(zhì)量：對(duì)薄膜的晶格匹配度、成核、生長(zhǎng)速率都有重要影響。
總的來(lái)說(shuō)，MBE技術(shù)控制精度高，適用于生長(zhǎng)特定厚度的薄膜，通過(guò)控制上述因素可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜生長(zhǎng)的精準(zhǔn)控制，同時(shí)需要對(duì)真空度、壓力等條件有很高要求。
