劉迪分子束外延

1、匯報(bào)目錄1分子束外延技術(shù)基本知識(shí)2具體實(shí)例3文獻(xiàn)閱讀4總結(jié)與展望總結(jié)與展望分子束外延基本知識(shí)在超高真空環(huán)境下，使具有一定熱能的一種或多種分子（原子）束流噴射到襯底，在襯底表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)的過(guò)程。始創(chuàng)始創(chuàng)：20世紀(jì)70年代初期，美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用應(yīng)用：外延生長(zhǎng)原子級(jí)精確控制的超薄多層二維結(jié)構(gòu)材料和器件（超晶格、高電子遷移率晶體管等）；結(jié)合其他工藝，還可制備一維和零維的納米材料（量子線、量子點(diǎn)等）。 分子束外延原理分子束外延原理示意圖分子束外延原理示意圖在超高真空系統(tǒng)中，將組成化合物在超高真空系統(tǒng)中，將組成化合物中的各個(gè)元素和摻雜元素分別放入中的各個(gè)元素和摻雜元素分別放入不同的源爐內(nèi)。加熱源爐

2、使它們的不同的源爐內(nèi)。加熱源爐使它們的分子（原子）以一定的熱運(yùn)動(dòng)速度分子（原子）以一定的熱運(yùn)動(dòng)速度和一定的和一定的束流強(qiáng)度束流強(qiáng)度比例噴射到襯底比例噴射到襯底表面上，與表面相互作用，進(jìn)行單表面上，與表面相互作用，進(jìn)行單晶薄膜的外延生長(zhǎng)。各源爐前的擋晶薄膜的外延生長(zhǎng)。各源爐前的擋板用來(lái)改變外延層的組份和摻雜。板用來(lái)改變外延層的組份和摻雜。根據(jù)設(shè)定的程序根據(jù)設(shè)定的程序開關(guān)擋板開關(guān)擋板、改變爐改變爐溫溫和和控制生長(zhǎng)時(shí)間控制生長(zhǎng)時(shí)間，就可以生長(zhǎng)出，就可以生長(zhǎng)出不同厚度、不同組份、不同摻雜濃不同厚度、不同組份、不同摻雜濃度的外延材料。度的外延材料。 3 3分子束外延原理外延表面反應(yīng)過(guò)程圖外延表面反應(yīng)過(guò)程

3、圖外延薄膜的生長(zhǎng)外延薄膜的生長(zhǎng)模式圖模式圖MBE的優(yōu)缺點(diǎn)（1）從源爐噴出的分子（原子）以“分子束”流形式直線到達(dá)襯底表面，可嚴(yán)格控制生長(zhǎng)速率。（2）分子束外延的生長(zhǎng)速率較慢，可實(shí)現(xiàn)單原子（分子）層外延，具有極好的膜厚可控性。（3）通過(guò)調(diào)節(jié)束源和襯底之間的擋板的開閉，可嚴(yán)格控制膜的成分和雜質(zhì)濃度，也可實(shí)現(xiàn)選擇性外延生長(zhǎng)。（4）材料層生長(zhǎng)速率太慢，不適合大批量生產(chǎn)加工。（5）系統(tǒng)需要的真空和工藝過(guò)程要求十分嚴(yán)格，使得整個(gè)系統(tǒng)硬件較復(fù)雜且費(fèi)用昂貴。分子束外延設(shè)備分子束外延設(shè)備照片a和示意圖b芬蘭芬蘭DCA公司公司 P600型型MBE系統(tǒng)系統(tǒng)分子束外延實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)RHEEDRHEED （reflectio

4、n high-energy electron diffraction）：反射高能電子衍射儀，它是MBE) 技術(shù)中進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要手段。從電子槍發(fā)射出來(lái)的具有一定能量(通常為10 - 30kev) 的電子束以1 - 2的掠射角射到樣品表面,那么,電子垂直于樣品表面的動(dòng)量分量很小,又受到庫(kù)侖場(chǎng)的散射,所以電子束的透入深度僅1 - 2 個(gè)原子層, 因此RHEED 所反映的完全是樣品表面的結(jié)構(gòu)信息，研究晶體生長(zhǎng)、吸附、表面缺陷等方面特征特征衍射圖衍射圖襯底制備及其低溫去除氧化層技術(shù)去氧化層去氧化層過(guò)程過(guò)程RHEEDRHEED圖樣變化圖圖樣變化圖生長(zhǎng)溫度對(duì)分子束外延材料的影響A 780B 850C

5、 950AlNAlN AFM AFM 表征表征束流比對(duì)分子束外延材料晶體的影響不同束流比下的生長(zhǎng)速率不同束流比下的生長(zhǎng)速率GaSb為襯底生長(zhǎng)GaSb薄膜生長(zhǎng)速率對(duì)薄膜表面形貌及生長(zhǎng)模式的影響 不同生長(zhǎng)速率制備不同生長(zhǎng)速率制備的的InGaAsNInGaAsN薄膜表面形貌（薄膜表面形貌（a a）0.1 0.1 m/h m/h （b b）0.5 0.5 m/h m/h （c c）1.2 1.2 m/h m/h 文獻(xiàn)學(xué)習(xí)Structural properties of AlGaP films on GaP grown by gas-source molecular beam epitaxy 研究用分子

6、束外延技術(shù)在CaP為基底上生成AlGaP薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)生長(zhǎng)溫度和PH3流量大小對(duì)AlGaP薄膜結(jié)構(gòu)的影響主要內(nèi)容實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)PH3為磷源2PH3= 2P + 3H280 nm 1.0m 0.2m 300m1.9 sccmScheme of structures.Al content for all samples was set to be 85%.GaP buffer and cap layer were grown under 1.9 sccm PH3 while to grow AlGaP layer different fluxes of 2.3and2.7 were used.Same

7、growth temperature was applied during the growth of GaP and AlGaP 模板的使用RHEED分析RHEED pattern images:(a)sharp lines of the 2X4 reconstruction of GaP surface after oxide desorption at 580 , (b) GaP buffer layer of S1,(c) and (f) first MLs growth of AlGaP layer of S1 and S3,(d) and (g) after the growth

8、of AlGaPlayer ,(e) and (h) GaP caplayer of S1 and S3.It is notable that RHEED pattern of GaP buffer of S3 was as sharp and streaky as the first MLs of AlGaP layer. XRD分析X- ray measurement results for samples grown at different temperature and under different PH3 fluxAFM與SEM分析AFM images of the grown

9、samples at different temperatures.AFM images of the grown samples at different temperatures.AFM與SEM分析SEM image of S2 and S3.Reduction of the growth temperature from 490SEM image of S2 and S3.Reduction of the growth temperature from 490to to 480480 is followed by the formation of oval-defects. is fol

10、lowed by the formation of oval-defects. Extracted result from AFM and SEM measurements of different samplesExtracted result from AFM and SEM measurements of different samples文章結(jié)論1、S3樣品即在4902.7sccm PH3下ALGaP的半峰寬最小且在AFM和SEM分析可看出有最小的缺陷密度和表面粗糙度。2、在高的 PH3流量下（2.7sccm）升高或降低生長(zhǎng)溫度都會(huì)帶來(lái)ALGaP的半峰寬和覆蓋層的粗糙度增加?？偨Y(jié)與展望

11、MBE作為一種高級(jí)真空蒸發(fā)形式，在材料化學(xué)組分和生長(zhǎng)速率控制等方面表現(xiàn)出了卓越的性能，并在金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET）、高電子遷移率晶體管（HEMT）、異質(zhì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）等微波、毫米波器件及電路和光電器件制備中發(fā)揮了重要作用。專家認(rèn)為未來(lái)半導(dǎo)體光電子學(xué)的重要突破口將是對(duì)超晶格、量子阱（點(diǎn)、線）結(jié)構(gòu)材料及器件的研究，而器件和電路的發(fā)展一定要依賴于超薄層材料生長(zhǎng)技術(shù)如分子束外延技術(shù)的進(jìn)步，相信未來(lái)分子束外延技術(shù)必將為技術(shù)的發(fā)展做出更加重要的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)【1】 Dadgostar S, Hussein E H, Schmidtbauer J, e

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