分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）系統(tǒng)是一種用于生長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生長晶格匹配度非常好的薄膜。在該過程中，石墨坩堝中的源材料通過加熱，產(chǎn)生氣體分子或原子束，這些分子或原子通過光或機(jī)械系統(tǒng)從坩堝中釋放到襯底表面。通過充分控制各源氣體的通量，峰值，時間，溫度和沉積能量等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對薄膜生長的極其精準(zhǔn)的控制。此外，分子束外延對生長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)測系統(tǒng)：用于實(shí)時監(jiān)測薄膜的生長率和材料質(zhì)量。
- 襯底表面：用于生長薄膜的基底。
- 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，峰值和時間，監(jiān)測表面生長率和薄膜質(zhì)量。
影響因素：
- 源材料選擇：對于不同的材料，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。
- 襯底結(jié)構(gòu)與質(zhì)量：對薄膜的晶格匹配度、成核、生長速率都有重要影響。
總的來說，MBE技術(shù)控制精度高，適用于生長特定厚度的薄膜，通過控制上述因素可以實(shí)現(xiàn)對薄膜生長的精準(zhǔn)控制，同時需要對真空度、壓力等條件有很高要求。
