分子束外延 （英語：Molecular beam epitaxy, MBE 单晶材料 生长的一种方法，由贝尔实验室 的J. R. 亚瑟（J. R. Arthur ）和卓以和 （Alfred Y. Cho ）于1960年代后期发明[1]
方法 分子束外延于高真空 或超高真空（ultra-high vacuum ，10−8 帕斯卡 ）的环境进行。分子束外延最重要的方面是其低沉积率，通常使薄膜 以每小时低于3000纳米 的速度磊晶 生长。如此低的沉积率要求真空程度足够高，以达到其他沉积方式同等级别的洁净程度。
在固体源的分子束外延过程中，诸如镓 、砷 的元素，会以超纯（ultra-pure ）的形式在独立的石英 克努森容器 （Knudsen Cell ）中被加热，直到它们开始缓慢升华 。然后，这些气态物质在晶圆上凝结，而且它们在那里互相作用。以镓和砷为例，上述作用可以产生单晶砷化镓 。术语“（分子）束”的意思是过程中的气体原子并不产生相互作用，也不与真空室物质反应，除非它们接触到晶圆。这是因为这些气体具有较长的平均自由程 。
外延过程中，反射式高能电子衍射 Reflection high-energy electron diffraction ，縮寫：RHEED）经常被用来检测晶体层次生长的进程。计算机能够控制反应室前方的一个“阀门”，从而实现对每个层次的精确控制，其精确度可以达到单层原子。不同材料层次的精细结构可以通过这种方式产生。此种控制方式可以把电子束缚在一定空间里，产生量子阱 （quantum well ）和量子点 （quantum dot ）。上述的“层”对于很多现代的半导体器件 十分关键，包括激光二极管 和发光二极管 。
有的系统需要冷却底层。生长室的超高真空环境必须使用一个低温泵（cryopump ）来维持，而液氮 或低温氮气可以使内部温度冷却到77开尔文 （−196摄氏度 ）[註 1]
分子束外延也曾被用于某些种类有机半导体 （organic semiconductors ）的沉积过程。在上述的情况中，被气化、然后在晶圆沉积的是材料的有机分子而非原子。其他的分支还包括气态源分子束外延（gas-source MBE ）[2] 化学气相沉积 （chemical vapor deposition ）类似。
最新的分子束外延技术还在新型电子器件制造、电磁应用、光学应用等领域中，被用于氧化物材料的沉积。为了实现这些目的，分子束外延系统必须进行改进，从而能够与氧源协同作用。[3]
ATG不稳定性 ATG不稳定性，全称阿萨罗-蒂勒-格林菲尔德不稳定性（Asaro-Tiller-Grinfeld instability ），或简称为格林菲尔德不稳定性，是分子束外延过程中经常遇到的一种弹性不稳定状况。假设生长的薄膜和支撑晶体的晶格尺寸错位（mismatch ），弹性能量将会在生长的薄膜上积累。当其达到一定的转折量时，薄膜可以通过分裂为几个孤立块的方式，使自由能量的数值降低，这样积累的张力就可以得以释放。上述的“转折量”的数值取决于材料的杨氏模量 （Young's modulus ）、错位的尺寸以及表面张力。
已经有不少关于ATG不稳定性在应用方面的研究正在进行，例如量子点的自组装（self-assembly ）[4]
参考來源 注釋 引用 ^ Cho, A. Y.; Arthur, J. R.; Jr. Molecular beam epitaxy. Prog. Solid State Chem. 1975, 10 : 157–192. doi:10.1016/0079-6786(75)90005-9 . ^ 李华（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）. 气态源分子束外延材料生长及特性和量子级联激光器材料生长研究. 硕士学位论文. 2007. ^ J. Cheng, V.K. Lazarov, et al, J. of Vacuum Science & Technology B, 27, 148(2009). ^ 余海湖，伍宏标，李小甫，朱云洲，姜德生. 二氧化硅纳米粒子薄膜的制备及光学性能. 物理化学学报. 2001, 17 (12). 文献 Jaeger, Richard C. Film Deposition. Introduction to Microelectronic Fabrication. Upper Saddle River: Prentice Hall. 2002. ISBN 0-201-44494-1 McCray, W.P. MBE Deserves a Place in the History Books. Nature Nanotechnology. 2007, 2 (5): 259–261 [2012-02-16 ] . Bibcode:2007NatNa...2..259M . doi:10.1038/nnano.2007.121 . （原始内容于2017-04-25）. Shchukin, Vitaliy A.; Dieter Bimberg. Spontaneous ordering of nanostructures on crystal surfaces. Reviews of Modern Physics . 1999, 71 (4): 1125–1171. Bibcode:1999RvMP...71.1125S . doi:10.1103/RevModPhys.71.1125 . Stangl, J.; V. Holý and G. Bauer. Structural properties of self-organized semiconductor nanostructures. Reviews of Modern Physics . 2004, 76 (3): 725–783. Bibcode:2004RvMP...76..725S . doi:10.1103/RevModPhys.76.725 .
外部链接 （简体中文） 中国科学院半导体研究所关于分子束外延技术的介绍[永久失效連結 （英文） Silicon and germanium nanowires by molecular beam epitaxy （页面存档备份，存于互联网档案馆 ）（英文） （英文） （英文） SIMULATION OF MOLECULAR BEAM HOMOEPITAXIAL GROWTH OF GAAS （页面存档备份，存于互联网档案馆 ） - uiuc
分子束外延, 英語, molecular, beam, epitaxy, 是使单晶材料生长的一种方法, 由贝尔实验室的j, 亚瑟, arthur, 和卓以和, alfred, 于1960年代后期发明, 系统的示意图, 目录, 方法, atg不稳定性, 参考來源, 外部链接方法, 编辑参见, 原子层沉积和化学气相沉积, 于高真空或超高真空, ultra, high, vacuum, 8帕斯卡, 的环境进行, 最重要的方面是其低沉积率, 通常使薄膜以每小时低于3000纳米的速度磊晶生长, 如此低的沉积率要求真空程度足够. 分子束外延 英語 Molecular beam epitaxy MBE 是使单晶材料生长的一种方法 由贝尔实验室的J R 亚瑟 J R Arthur 和卓以和 Alfred Y Cho 于1960年代后期发明 1 分子束外延系统的示意图 目录 1 方法 2 ATG不稳定性 3 参考來源 4 外部链接方法 编辑参见 原子层沉积和化学气相沉积 分子束外延于高真空或超高真空 ultra high vacuum 10 8帕斯卡 的环境进行 分子束外延最重要的方面是其低沉积率 通常使薄膜以每小时低于3000纳米的速度磊晶生长 如此低的沉积率要求真空程度足够高 以达到其他沉积方式同等级别的洁净程度 在固体源的分子束外延过程中 诸如镓 砷的元素 会以超纯 ultra pure 的形式在独立的石英克努森容器 Knudsen Cell 中被加热 直到它们开始缓慢升华 然后 这些气态物质在晶圆上凝结 而且它们在那里互相作用 以镓和砷为例 上述作用可以产生单晶砷化镓 术语 分子 束 的意思是过程中的气体原子并不产生相互作用 也不与真空室物质反应 除非它们接触到晶圆 这是因为这些气体具有较长的平均自由程 外延过程中 反射式高能电子衍射 英语 Reflection high energy electron diffraction Reflection high energy electron diffraction 縮寫 RHEED 经常被用来检测晶体层次生长的进程 计算机能够控制反应室前方的一个 阀门 从而实现对每个层次的精确控制 其精确度可以达到单层原子 不同材料层次的精细结构可以通过这种方式产生 此种控制方式可以把电子束缚在一定空间里 产生量子阱 quantum well 和量子点 quantum dot 上述的 层 对于很多现代的半导体器件十分关键 包括激光二极管和发光二极管 有的系统需要冷却底层 生长室的超高真空环境必须使用一个低温泵 cryopump 来维持 而液氮或低温氮气可以使内部温度冷却到77开尔文 196摄氏度 註 1 低温环境可以进一步降低真空中杂质的含量 为沉积薄膜提供更好的条件 在其他系统里 晶体生长的晶圆可能会被安装在一个旋转的圆盘上 这个圆盘可以被加热到几百摄氏度 分子束外延也曾被用于某些种类有机半导体 organic semiconductors 的沉积过程 在上述的情况中 被气化 然后在晶圆沉积的是材料的有机分子而非原子 其他的分支还包括气态源分子束外延 gas source MBE 2 这一方式与化学气相沉积 chemical vapor deposition 类似 最新的分子束外延技术还在新型电子器件制造 电磁应用 光学应用等领域中 被用于氧化物材料的沉积 为了实现这些目的 分子束外延系统必须进行改进 从而能够与氧源协同作用 3 ATG不稳定性 编辑ATG不稳定性 全称阿萨罗 蒂勒 格林菲尔德不稳定性 Asaro Tiller Grinfeld instability 或简称为格林菲尔德不稳定性 是分子束外延过程中经常遇到的一种弹性不稳定状况 假设生长的薄膜和支撑晶体的晶格尺寸错位 mismatch 弹性能量将会在生长的薄膜上积累 当其达到一定的转折量时 薄膜可以通过分裂为几个孤立块的方式 使自由能量的数值降低 这样积累的张力就可以得以释放 上述的 转折量 的数值取决于材料的杨氏模量 Young s modulus 错位的尺寸以及表面张力 已经有不少关于ATG不稳定性在应用方面的研究正在进行 例如量子点的自组装 self assembly 4 参考來源 编辑注釋 77 K 196 2 C 321 1 F 引用 Cho A Y Arthur J R Jr Molecular beam epitaxy Prog Solid State Chem 1975 10 157 192 doi 10 1016 0079 6786 75 90005 9 李华 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 气态源分子束外延材料生长及特性和量子级联激光器材料生长研究 硕士学位论文 2007 J Cheng V K Lazarov et al J of Vacuum Science amp Technology B 27 148 2009 余海湖 伍宏标 李小甫 朱云洲 姜德生 二氧化硅纳米粒子薄膜的制备及光学性能 物理化学学报 2001 17 12 文献Jaeger Richard C Film Deposition Introduction to Microelectronic Fabrication Upper Saddle River Prentice Hall 2002 ISBN 0 201 44494 1 McCray W P MBE Deserves a Place in the History Books Nature Nanotechnology 2007 2 5 259 261 2012 02 16 Bibcode 2007NatNa 2 259M doi 10 1038 nnano 2007 121 原始内容存档于2017 04 25 Shchukin Vitaliy A Dieter Bimberg Spontaneous ordering of nanostructures on crystal surfaces Reviews of Modern Physics 1999 71 4 1125 1171 Bibcode 1999RvMP 71 1125S doi 10 1103 RevModPhys 71 1125 引文使用过时参数coauthors 帮助 Stangl J V Holy and G Bauer Structural properties of self organized semiconductor nanostructures Reviews of Modern Physics 2004 76 3 725 783 Bibcode 2004RvMP 76 725S doi 10 1103 RevModPhys 76 725 引文使用过时参数coauthors 帮助 儀器圖 腔內運作示意圖 儀器系統圖外部链接 编辑维基共享资源中相关的多媒体资源 分子束外延 简体中文 中国科学院半导体研究所关于分子束外延技术的介绍 永久失效連結 英文 Silicon and germanium nanowires by molecular beam epitaxy 页面存档备份 存于互联网档案馆 英文 University of Texas MBE group 英文 Physics of Thin Films Molecular Beam Epitaxy class notes 英文 SIMULATION OF MOLECULAR BEAM HOMOEPITAXIAL GROWTH OF GAAS 页面存档备份 存于互联网档案馆 uiuc 取自 https zh wikipedia org w index php title 分子束外延 amp oldid 71199022, 维基百科，wiki ，书籍，书籍，图书馆，
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