MBE技術(shù)是在超高真空條件下，用其組元的分子（或原子）束噴射到襯底上生長(zhǎng)外延薄層的技術(shù)。
現(xiàn)代MBE生長(zhǎng)系統(tǒng)的背景真空度可達(dá) 1.33×10-10Pa，分子束與分子束以及分子束與背景分子之間不發(fā)生碰撞。
MBE技術(shù)的關(guān)鍵
III,V族元素分別加熱到溫度Ti,Tj形成的束 引入到溫度為Ts的襯底上生長(zhǎng)薄膜，要仔細(xì) 選擇Ts，使多余的V族元素從襯底表面蒸發(fā)以生長(zhǎng)化學(xué)配比材料
合適的生長(zhǎng)溫度使吸附的原子有足夠的能量 遷移到合適的平衡位置進(jìn)行外延生長(zhǎng)
溫度太低：可能生長(zhǎng)出多晶或非晶
溫度過高：會(huì)使吸附的原子再次蒸發(fā)而脫附
MBE設(shè)備
真空系統(tǒng)、生長(zhǎng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)
生長(zhǎng)系統(tǒng)：進(jìn)樣室、預(yù)處理室（襯底存儲(chǔ)室）、生長(zhǎng)室
監(jiān)控系統(tǒng)：
四極質(zhì)譜儀：真空度檢測(cè)，監(jiān)測(cè)殘余氣體和分子束流的成分
電離計(jì)：測(cè)量分子束流量
電子衍射儀：觀察晶體表面結(jié)構(gòu)以及生長(zhǎng)表面光潔平整度
俄歇譜儀：檢測(cè)表面成分、化學(xué)計(jì)量比和表面沾污等
生長(zhǎng)過程與生長(zhǎng)原理
生長(zhǎng)過程：
1.源蒸發(fā)形成具有一定束流密度的分子束并高真空下射向襯底；
2.分子束在襯底上進(jìn)行外延生長(zhǎng)
從生長(zhǎng)過程看，MBE有三個(gè)基本區(qū)域：
分子束產(chǎn)生區(qū)、各分子束交叉混合區(qū)、反應(yīng)和晶化過程區(qū)
MBE生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過程
1.從源射出的分子束撞擊襯底表面被吸附
2.被吸附的分子（原子）在表面遷移、分解
3.原子進(jìn)入晶格位置發(fā)生外延生長(zhǎng)
4.未進(jìn)入晶格的分子因熱脫附而離開表面
粘附系數(shù)
粘附系數(shù)=生長(zhǎng)在襯底上的分子數(shù)/入射分子數(shù)
Ga與GaAs襯底表面發(fā)生化學(xué)吸附，一般吸附系數(shù)為1
V族原子（As）先是物理吸附，經(jīng)過一系列物理化學(xué)過程后轉(zhuǎn)為化學(xué)吸附，其粘 附系數(shù)與襯底表面狀態(tài)及襯底溫度有關(guān)
不同的As源對(duì)應(yīng)不同的物理化學(xué)過程
Ga源：Ga
As源：As 或GaAs
As: As4分子束，
缺點(diǎn)：束流大，難于控制，特別是對(duì)As+P固溶體無法控制比例
優(yōu)點(diǎn)：可分別控制Ga和As
GaAs: As2分子束
優(yōu)點(diǎn)：束流大小合適，易于控制
缺點(diǎn)：無法分別控制Ga和As
GaAs源
襯底溫度在775k～800k時(shí)，按Ga:As=1:10 射Ga,As可得到Ga:AS為1:1的GaAs,As2的粘附 系數(shù)為0.1～0.15
As源
沒有Ga束入射時(shí)， As4的粘附系數(shù)為0，
有Ga束入射時(shí)， As4的粘附系數(shù)增大
450K以下時(shí)，As4不分解
450k以上時(shí)， As4能發(fā)生分解而生成As
MBE技術(shù)的主要特點(diǎn)
1. 在超高真空下生長(zhǎng)，污染很少，可生長(zhǎng)出高純度外延材料
2. 生長(zhǎng)速度為一般為0.1～10個(gè)單原子層/s，通 過擋板的快速開關(guān)可實(shí)現(xiàn)束流的快速切換從而 達(dá)到外延層厚度、組分、摻雜的精確控制
3. 襯底溫度低，可減少異質(zhì)結(jié)界面的互擴(kuò)散、易于生長(zhǎng)突變結(jié)
4. MBE生長(zhǎng)不是熱平衡條件下進(jìn)行的，可生長(zhǎng)按 普通熱平衡方法難以生長(zhǎng)的薄膜材料。易于生長(zhǎng)多種新型材料
5. MBE生長(zhǎng)為二維生長(zhǎng)模型，使外延層的表面 界面具有原子級(jí)的平整度（RHEED強(qiáng)度周期性 地對(duì)應(yīng)于單分子層的厚度）
6. 高真空，可用多種表面分析儀器對(duì)外延生長(zhǎng)過 程進(jìn)行實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)并隨時(shí)提供有關(guān)生長(zhǎng)速度、外延層表面形貌、組分等各種信息，便于進(jìn)行生長(zhǎng)過程和生長(zhǎng)機(jī)理的研究
7. MBE設(shè)備可與其他半導(dǎo)體工藝設(shè)備實(shí)行真空連 接，使外延材料生長(zhǎng)、蒸發(fā)、離子注入及刻蝕 等在真空條件下連續(xù)進(jìn)行，提高器件性能及成品率
化學(xué)束外延生長(zhǎng)CBE
產(chǎn)生背景：MBE使用固態(tài)源，生長(zhǎng)相關(guān)固溶體 時(shí)，不易通過加熱As，P固態(tài)源精確，重復(fù)控制其組分比
CBE：氣態(tài)源MBE MO-MBE
用III族元素的MO源代替Al,Ga,In等固態(tài)源
用AsH3,PH3代替V族元素源
在MBE生長(zhǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行外延生長(zhǎng)
基本上綜合了MBE與MOVPE技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，特別適 合于MBE難以生長(zhǎng)的具有高蒸氣壓的磷化物材料。
比較MBE、MOVPE與CBE的生長(zhǎng)機(jī)理
MBE：III族元素以原子或分子束形式射向襯 底，吸附→晶化（脫附）
MOVPE：MO在氣流中和襯底表面兩處進(jìn)行熱分 解的過程，在氣流中分解生成的III族原子通 過邊界層擴(kuò)散到達(dá)襯底表面
CBE：MO只在襯底表面熱分解，不存在邊界層
原子層外延（Atomic layer epitaxy）、分子層外延MLE
組成化合物的兩種元素源（氣或束流）分別 引入生長(zhǎng)室，交替在襯底上沉積。每交替（引入）一次就在襯底上外延生長(zhǎng)一個(gè)單分 子層，外延生長(zhǎng)的速度取決于組元在襯底上 交替吸附所需時(shí)間
實(shí)際生長(zhǎng)中可采用脈沖輸送源的方式
ALE是一種生長(zhǎng)“模式”，它沒有自己“專用”設(shè)備，VPE、MBE、CBE設(shè)備均可進(jìn)行ALE生長(zhǎng)
1.ALE的生長(zhǎng)機(jī)理
2.ALE的生長(zhǎng)自動(dòng)停止機(jī)構(gòu)（SLM）
以Ga、In及As、P元素為源的情況As、P較高的蒸氣壓起SLM作用
以TMG為源的情況
TMG為電子的接受體，As是電子的給予體烷基R起SLM作用
ALE外延技術(shù)的特點(diǎn)
1. 精確的厚度控制和良好的重復(fù)性
2. 由于是單層生長(zhǎng)，易于生長(zhǎng)具有原子級(jí)突變結(jié)界面
3. 外延層厚度均勻性好，基本不受基座結(jié)構(gòu)和氣流形狀、流速等參數(shù)影響，總厚度只 取決于交替生長(zhǎng)的周期數(shù)，有“數(shù)字外延” 之稱
4. 表面質(zhì)量好，可生出鏡面式外延層表面
