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分子束外延成长(MBE)

来源:http://lrbqc.cn 责任编辑:环亚ag88手机版 更新日期:2018-09-16 17:53

  分子束外延成长(MBE)

  MBE技能是在超高真空条件下,用其组元的分 子(或原子)束喷射到衬底上成长外延薄层的技能。现代MBE成长体系的布景真空度可达 1.33×10-10Pa,分子束与分子束以及分子束 与布景分子之间不发作磕碰。

  一、MBE技能的要害和主要特色:

  III,V族元素别离加热到温度Ti ,Tj 构成的束 引进到温度为Ts 的衬底上成长薄膜,要细心 挑选Ts ,使剩余的V族元素从衬底外表蒸腾以 成长化学配比资料;适宜的成长温度使吸附的原子有满足的能量搬迁到适宜的平衡方位进行外延成长。温度太低可能成长出多晶或非晶;温度过高会使吸附的原子再次蒸腾而脱附。

  1. 在超高真空下成长,污染很少,可成长出高纯 度外延资料

  2. 成长速度为一般为0.1~10个单原子层/s,通 过挡板的快速开关可完成束流的快速切换然后抵达外延层厚度、组分、掺杂的准确操控

  3. 衬底温度低,可削减异质结界面的互分散、易于成长骤变结

  4. MBE成长不是热平衡条件下进行的,可成长按一般热平衡办法难以成长的薄膜资料。易于成长多种新型资料

  5. MBE成长为二维成长模型,使外延层的外表 界面具有原子级的平整度(RHEED强度周期性地对应于单分子层的厚度)

  6. 高真空,可用多种外表分析仪器对外延成长过 程进行实时原位监测并随时供给有关成长速度、外延层外表描摹、组分等各种信息,便于进行成长进程和成长机理的研讨

  7. MBE设备可与其他半导体工艺设备实施真空衔接,使外延资料成长、蒸腾、离子注入及刻蚀等在真空条件下接连进行,进步器材性能及成品率

  二、MBE设备

  1.真空体系

  2.成长体系:进样室、预处理室(衬底存储室)、成长室

  3.监控体系:四极质谱仪-真空度检测,监测剩余气体和分子束流的成分;电离计-丈量分子束流量;电子衍射仪-调查晶体外表结构以及成长外表光洁平整度;俄歇谱仪-检测外表成分、化学计量比和外表沾污等。

  三、成长进程与成长原原理

  1. 源蒸腾构成具有必定束流密度的分子束并高真空下射向衬底;

  2. 分子束在衬底上进行外延成长。从成长进程看,MBE有三个根本区域:分子束发作区、各分子束穿插混合区、反应和晶化进程区。

  3. 从源射出的分子束碰击衬底外表被吸附

  4. 被吸附的分子(原子)在外表搬迁、分化

  5. 原子进入晶格方位发作外延成长

  6. 未进入晶格的分子因热脱附而脱离外表

  粘附系数

  粘附系数=成长在衬底上的分子数/入射 分子数

  Ga与GaAs衬底外表发作化学吸附,3月2日盘前影响股市的重大新闻一般吸附系数为1

  V族原子(As)先是物理吸附,经过一系列物理化学进程后转为化学吸附,其粘附系数与衬底外表状况及衬底温度有关。

  不同的As源对应不同的物理化学进程

  1. Ga源:Ga

  2. As源:As或GaAs

  选用As构成As4 分子束,缺陷:束流大,难于操控,特别是对As+P固溶 体无法操控份额;长处:可别离操控Ga和As。没有Ga束入射时, As4 的粘附系数为0,有Ga束入射时, As4 的粘附系数增大。450K以下时,As4 不分化;450k以上时, As4 能发作分化而生成As。

  选用GaAs构成As2分子束,长处:束流巨细适宜,易于操控;缺陷:无法别离操控Ga和As。

  3. GaAs源:衬底温度在775k~800k时,按Ga:As=1:10 射Ga,As可得到Ga:AS为1:1的GaAs,As2 的粘附系数为0.1~0.15

  四、和其他外延办法的比较

  1.化学束外延成长CBE

  发作布景:MBE运用固态源,成长相关固溶体 时,不易经过加热As,P固态源准确,重复操控其组分比;

  CBE:气态源MBE,MO-MBE;

  用III族元素的MO源替代Al,Ga,In等固态源;

  用AsH3 ,PH3 替代V族元素源;

  在MBE成长体系中进行外延成长;

  根本上归纳了MBE与MOVPE技能的长处,特别适合于MBE难以成长的具有高蒸气压的磷化物资料。

  2.比较MBE、MOVPE与CBE的成长机理

  MBE:III族元素以原子或分子束方法射向衬底,吸附→晶化(脱附);

  MOVPE:MO在气流中和衬底外表两处进行热分化的进程,在气流中分化生成的III族原子经过边界层分散抵达衬底外表;

  CBE:MO只在衬底外表热分化,不存在边界层;

  3.原子层外延(Atomic layer epitaxy)、 分子层外延MLE

  组成化合物的两种元素源(气或束流)别离引进成长室,替换在衬底上堆积。每替换 (引进)一次就在衬底上外延成长一个单分子层,外延成长的速度取决于组元在衬底上替换吸附所需时刻,实践成长中可选用脉冲运送源的方法;

  ALE是一种成长形式,它没有自己专用设备,VPE、MBE、CBE设备均可进行ALE成长

  1. ALE的成长机理

  2. ALE的成长主动中止组织(SLM)

  以Ga、In及As、P元素为源的状况,As、P 较高的蒸气压起SLM效果;

  以TMG为源的状况,TMG为电子的接受体,As是电子的给予体,烷基R起SLM效果。

  ALE外延技能的特色

  1. 准确的厚度操控和杰出的重复性;

  2. 由所以单层成长,易于成长具有原子级突 变结界面;

  3. 外延层厚度均匀性好,根本不受基座结构 和气流形状、流速等参数影响,总厚度只取决于替换成长的周期数,有数字外延 之称;

  4. 外表质量好,可生出镜面式外延层外表。

  (作者:jiangwei68来历:光电新闻网博客)

  原文如下:http://blog.ofweek.com/jiangwei68/DiaryDetail.do?diaryid=2069764b40d775e9

  

   分子束外延成长MBE

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