Molekularstrahlepitaxie-Prinzip

Erstens kann das Molekularstrahlepitaxialprofil in der Ultrahochvakuumumgebung mit einer bestimmten Wärmeenergie eines oder mehrerer Moleküle (Atome) auf das Kristallsubstrat strahlen, wobei der Substratoberflächenreaktionsprozess Moleküle im "Flug" -Prozess nahezu nicht mit dem kollidieren lässt Umgebungsgas, in Form von Molekularstrahl auf das Substrat, das epitaktische Wachstum, daher der Name.Eigenschaften: Eine Vakuum-AbscheidungsmethodeOrigin: 20. Jahrhundert, Anfang der 70er Jahre, die Vereinigten Staaten Bell-LaborAnwendungen: epitaktisches Wachstum atomare Ebene präzise Kontrolle von Ultra- dünne mehrschichtige zweidimensionale Strukturmaterialien und -vorrichtungen (Supercharakter, Quantentöpfe, Modulationsdotierungs-Heteroübergang, Quanten-Yin: Laser, Transistoren mit hoher Elektronenmobilität usw.); kombiniert mit anderen Verfahren, aber auch die Herstellung eindimensionaler und nulldimensionaler Nanomaterialien (Quantenlinien, Quantenpunkte usw.) Typische Merkmale von MBE: (1) Die aus dem Quellofen emittierten Moleküle (Atome) erreichen die Substratoberfläche in Form eines "Molekularstrahl" -Stroms. Durch die Überwachung der Dicke des Quarzkristallfilms kann die Wachstumsrate genau kontrolliert werden. (2) Die Wachstumsrate der Molekularstrahlepitaxie ist langsam, etwa 0,01-1 nm / s. Kann eine Epitaxie mit einer einzelnen atomaren (molekularen) Schicht mit ausgezeichneter Filmdickensteuerbarkeit erreichen. (3) Durch Einstellen des Öffnens und Schließens der Ablenkplatte zwischen der Quelle und dem Substrat können die Zusammensetzung und die Verunreinigungskonzentration des Films genau gesteuert werden selektives epitaktisches Wachstum kann erreicht werden. (4) nicht-thermisches Gleichgewichtswachstum, die Substrattemperatur kann niedriger als die Gleichgewichtstemperatur sein, um ein Wachstum bei niedriger Temperatur zu erreichen, kann die Interdiffusion und Selbstdotierung effektiv verringern. (5) mit reflektierendem Hochdotieren. Energieelektronenbeugung (RHEED) und andere Geräte, können die ursprüngliche Preisbeobachtung, Echtzeitüberwachung zu erreichen. Die Wachstumsrate ist relativ langsam, sowohl MBE ist ein Vorteil, aber auch sein Mangel, nicht geeignet für Dickschichtwachstum und Massenproduktion , Siliciummolekularstrahlepitaxie1 GrundprofilSiliciummolekularstrahlepitaxie umfasst homogene Epitaxie, Heteroepitaxie. Die Siliciummolekularstrahlepitaxie ist das epitaktische Wachstum von Silicium auf (oder siliciumverwandten) Materialien auf einem geeignet erwärmten Siliciumsubstrat durch physikalische Abscheidung von Atomen, Molekülen oder Ionen. (1) Während der Epitaxie befindet sich das Substrat auf einer niedrigeren Temperatur. (2) Gleichzeitiges Dotieren. (3) Das System zur Aufrechterhaltung des Hochvakuums. (4) Achten Sie besonders auf die atomare saubere Oberfläche. Abb. 1 Schematische Darstellung des Funktionsprinzips von Silizium-MBE2 Entwicklungsgeschichte der Silizium-Molekularstrahlepitaxie. zum Doping schwerwiegend (bei hohen Temperaturen). Die ursprüngliche Molekularstrahlepitaxie: das auf die entsprechende Temperatur erhitzte Siliziumsubstrat, die Vakuumverdampfung des Siliziums zum Siliziumsubstrat, das epitaktische Wachstum. Wachstumskriterien: Die einfallenden Moleküle bewegen sich ausreichend zur heißen Oberfläche des Substrats und sind in Form von Einkristall.3 Die Bedeutung der Silizium-Molekularstrahlepitaxie Das Silizium-MBE wird in einem streng kontrollierten kryogenen System durchgeführt. (1) Die Verunreinigungskonzentration kann gut kontrolliert werden, um das atomare Niveau zu erreichen. Die undotierte Konzentration wird auf <3 · 10³ / cm³ eingestellt. (2) Die Epitaxie kann unter den besten Bedingungen ohne Defekte durchgeführt werden. (3) Die Dicke der Epitaxieschicht kann innerhalb der Dicke der einzelnen Atomschicht eingestellt werden. Übergitter-Epitaxie, einige nm ~ einige zehn nm, die manuell entworfen werden können, und die Herstellung von hervorragenden Leistungen der neuen Funktionsmaterialien. (4) Homogene Epitaxie von Silizium, Heteroepitaxie von Silizium Leistung und VielseitigkeitNachteile: hohe Preise, komplexe, hohe Betriebskosten. Anwendungsbereich: Kann für Silizium-MBE, Verbund-MBE, III-V-MBE und Metall-Halbleiter-MBE verwendet werden. Grundlegende gemeinsame Merkmale: (1) Ultrahochvakuumsystem, Epitaxiekammer, Heizungsraum Nuosen, (2) Analysemittel, LEED, SIMS, Yang EED usw .; (3) Injektionskammer. Abb. 2 Schematische Darstellung des Silizium-Molekularstrahl-Epitaxiesystems. (1) Elektronenstrahl-Beschuss der Brandung Silizium-Target-Ass, wodurch es einfach ist, einen Silizium-Molekularstrahl zu erzeugen. Um die Abstrahlung des Siliziummolekularstrahls zur Seite zu vermeiden, um nachteilige Effekte zu verursachen, ist eine großflächige Schirmabschirmung und Kollimation erforderlich. (2) Widerstand gegen Erwärmung der Siliziumkathode kann keinen starken Molekularstrahl erzeugen, den andere Graphit-Citrus-Töpfe aufweisen Si-C gefärbt, der beste Weg ist die Elektronenstrahlverdampfung, um eine Siliziumquelle zu erzeugen. Da einige Teile der Silizium-MBE-Temperatur höher und leicht zu verdampfen sind, haben die Anforderungen an den geringen Verdampfungsdruck des Siliziums der Verdampfungsquelle eine höhere Temperatur. Gleichzeitig sind die Strahldichte und die Scanparameter zu steuern. Indem die Siliziumschmelzgrube nur in dem Siliziumstab hergestellt wird, werden Siliziumstäbe zu hochreinen Zitrusfrüchten. Es gibt verschiedene Arten der Überwachung des Molekularstrahls: (1) Quarzkristall wird häufig zur Überwachung des Strahlstroms verwendet, Strahlabschirmung und Kühlung sind angemessen und können erfüllt werden mit den ergebnissen, aber das geräusch beeinflusst die stabilität. Nach einigen μm verliert der Quarzkristall seine Linearität. Bei häufigem Austausch wird das Hauptsystem häufig aufgeblasen, was für die Arbeit nicht förderlich ist. (2) kleine Ionentabelle, gemessener Molekularstrahldruck, anstatt den Molekularstrahlfluss zu messen. Aufgrund der Abscheidung auf den Systemkomponenten verlässt der Standard. (3) energiearmer Elektronenstrahl durch den Molekularstrahl die Verwendung von Elektronen, die durch die Anregungsfluoreszenz detektiert werden. Die Atome werden angeregt und zersetzen sich schnell in den Grundzustand, um UV-Fluoreszenz zu erzeugen, und die optische Dichte ist proportional zur Strahldichte nach der optischen Fokussierung. Führen Sie die Rückkopplungssteuerung der Siliziumquelle durch. Unangemessen: Unterbrechen Sie den Elektronenstrahl, da der größte Teil der Infrarotfluoreszenz und der Hintergrundstrahlung das Signal-Rausch-Verhältnis bis zum Ausmaß der Instabilität verschlechtert. Es wurde nur die Atomklasse gemessen, molekulare Substanzen können nicht gemessen werden. (4) Atomabsorptionsspektren, die die Strahldichte dotierter Atome überwachen. Mit dem intermittierenden Strahlstrom wurden Si und Ga durch optische Strahlung von 251,6 nm bzw. 294,4 nm detektiert. Die Absorptionsintensität des Strahls durch den Atomstrahl wurde in Atomstrahldichte umgewandelt und das entsprechende Verhältnis erhalten. Die Substratbasis der Molekularstrahlepitaxie (MBE) ist ein schwieriger Punkt. MBE ist ein Kaltwandprozess, das heißt, das Aufheizen des Siliziumsubstrats bis 1200 ℃, die Umgebung auf Raumtemperatur. Darüber hinaus soll der Siliziumwafer eine gleichmäßige Temperatur gewährleisten. Feuerfestes Metall mit Hügelwiderstand und Graphitkathode, die Rückseite der Strahlungsheizung und die gesamten Heizteile sind in mit flüssigem Stickstoff gekühlten Behältern installiert, um die Wärmestrahlung der Vakuumkomponenten zu verringern. Das Substrat wird gedreht, um eine gleichmäßige Erwärmung zu gewährleisten. Freie Ablenkung kann den sekundären Implantationsdotierungseffekt verbessern.
Quelle: Meeyou Carbide