Principe d'épitaxie par jet moléculaire

Tout d’abord, le profil épitaxial du faisceau moléculaireDans l’environnement du vide ultra poussé, avec une certaine énergie thermique d’une ou plusieurs molécules (atomes), le processus de réaction de la surface du substrat est presque sans collision avec le substrat cristallin. gaz ambiant, sous la forme de faisceau moléculaire sur le substrat, la croissance épitaxiale, d'où le nom.Propriétés: une méthode de dépôt sous videOrigine: XXe siècle, début des années 70, aux États-Unis Laboratoire de BellApplications: croissance épitaxiale niveau atomique contrôle précis de matériaux et dispositifs à structure bidimensionnelle multicouches minces (super-caractère, puits quantiques, hétérojonction à modulation de dopage, yin quantique: lasers, transistors à haute mobilité électronique, etc.); combiné à d'autres processus, mais aussi à la préparation de nanomatériaux à une dimension et à zéro dimension (lignes quantiques, points quantiques, etc.). Caractéristiques typiques de la MBE: (1) Les molécules (atomes) émises depuis le four source la surface du substrat sous la forme d'un flux de "faisceaux moléculaires". Grâce à la surveillance de l'épaisseur du film de cristal de quartz, peut contrôler strictement le taux de croissance. (2) Le taux de croissance de l'épitaxie par jet moléculaire est lent, environ 0,01-1nm / s. Peut réaliser une épitaxie de couche atomique unique (moléculaire), avec une excellente contrôlabilité de l'épaisseur du film. (3) En ajustant l'ouverture et la fermeture du déflecteur entre la source et le substrat, la composition et la concentration en impuretés du film peuvent être strictement contrôlées, et une croissance épitaxiale sélective peut être obtenue. (4) croissance à l'équilibre non thermique, la température du substrat peut être inférieure à la température d'équilibre, afin de réaliser une croissance à basse température, peut effectivement réduire l'interdiffusion et l'auto-dopage. (5) la diffraction électronique d'énergie (RHEED) et d'autres dispositifs, peuvent atteindre l'observation du prix d'origine, le suivi en temps réel.Le taux de croissance est relativement lent, les deux MBE sont un avantage, mais aussi son manque, ne convient pas à la croissance de film épais et à la production de masse.Second épitaxie par jets moléculaires au silicium1 profil de base L’épitaxie par jets moléculaires en silicium inclut l’épitaxie homogène, l’hétéroépitaxie. L’épitaxie par jets moléculaires en silicium est la croissance épitaxiale de sur (ou des matériaux apparentés au silicium) sur un substrat de silicium convenablement chauffé par dépôt physique d'atomes, de molécules ou d'ions. (1) pendant la période épitaxiale, le substrat est à une température inférieure. (2) Dopage simultané (3) le système pour maintenir un vide poussé. (4) porter une attention particulière à la surface propre atomique.Figure 1 Schéma du principe de fonctionnement du silicium MBE2 Historique de développement de l'épitaxie par faisceau moléculaire de siliciumDéveloppé par rapport aux défauts CVD.CVD défauts: substrat haute température, 1050oC, au dopage grave (à haute température). L'épitaxie par jet moléculaire d'origine: le substrat de silicium chauffé à la température appropriée, l'évaporation sous vide du silicium sur le substrat de silicium, la croissance épitaxiale. Critère de croissance: Les molécules incidentes se déplacent suffisamment vers la surface chaude du substrat et sont disposées sous forme de Un seul cristal.3 L'importance de l'épitaxie par jet moléculaire au siliciumLe MBE au silicium est mis en oeuvre dans un système cryogénique strictement contrôlé. (1) permet de contrôler la concentration en impuretés pour atteindre le niveau atomique. La concentration non dopée est contrôlée à <3 × 1013 / cm3. (2) L'épitaxie peut être réalisée dans les meilleures conditions sans défauts. (3) L'épaisseur de la couche épitaxiale peut être contrôlée à l'intérieur de l'épaisseur de la couche atomique unique. épitaxie sur super-réseau, plusieurs nm ~ plusieurs dizaines de nm, pouvant être conçue manuellement, et préparation d'excellentes performances des nouveaux matériaux fonctionnels. (4) Épitaxie homogène du silicium, hétéroépitaxie du silicium.4 Equipement de croissance épitaxiale Direction de développement: fiabilité, haute performances et polyvalence Inconvénients: prix élevés, complexité, coûts d’exploitation élevés.Scope: peut être utilisé pour le silicium MBE, le composé MBE, le MBE III-V, le semi-conducteur métallique MBE se développe.Caractéristiques communes de base: (1) système de base de vide très poussé, chambre épitaxiale, chambre de chauffage Nuosen; (2) moyens d'analyse, LEED, SIMS, Yang EED, etc.; (3) chambre d'injection.Figure 2 Schéma de principe du système épitaxial à faisceau moléculaire en silicium (1) bombardement par faisceau d'électrons du surf de la cible en silicium, ce qui facilite la production d’un faisceau moléculaire en silicium. Afin d'éviter que le rayonnement du faisceau moléculaire de silicium sur le côté ne provoque des effets indésirables, un blindage de l'écran et une collimation de grande surface sont nécessaires (2) la résistance au chauffage de la cathode en silicium ne peut pas produire un faisceau moléculaire puissant, les autres pots d'agrumes en graphite ont Si le colorant Si-C est coloré, le meilleur moyen est l’évaporation par faisceau électronique pour produire une source de silicium. Certaines parties de la température du silicium MBE étant plus élevées et faciles à évaporer, la pression de silicium à basse pression d’évaporation de la source d’évaporation a une température plus élevée. Dans le même temps, la densité du faisceau et les paramètres de balayage à contrôler. Faisant fondre la cavité de silicium dans la tige de silicium, les tiges de silicium deviennent des agrumes de haute pureté. Il existe plusieurs types de faisceaux moléculaires de surveillance: (1) Le cristal de quartz est souvent utilisé pour la surveillance du courant de faisceau, le blindage et le refroidissement appropriés, pouvant être satisfaits avec les résultats, mais le bruit affecte la stabilité. Après quelques µm, le cristal de quartz perd sa linéarité. Échange fréquent, le système principal est souvent gonflé, ce qui n’est pas propice au travail. (2) Petit tableau d’ions, pression de faisceau moléculaire mesurée, plutôt que de mesurer le flux de faisceau moléculaire. En raison du dépôt sur les composants du système sortant de la norme. (3) faisceau d'électrons de faible énergie, à travers le faisceau moléculaire, l'utilisation d'électrons détectés par la fluorescence d'excitation. Les atomes sont excités et se dégradent rapidement à l’état fondamental pour produire une fluorescence UV, et la densité optique est proportionnelle à la densité du faisceau après la focalisation optique. Faites le contrôle de rétroaction de la source de silicium. Inadéquate: coupée du faisceau d'électrons, la majeure partie de la fluorescence infrarouge et du rayonnement de fond rendra le rapport signal sur bruit détérioré au point de devenir instable. Il ne mesurait que la classe atomique, ne peut mesurer les substances moléculaires. (4) Spectre d'absorption atomique, contrôlant la densité de faisceau d'atomes dopés.Avec le courant de faisceau intermittent, Si et Ga ont été détectés par un rayonnement optique de 251,6 nm et de 294,4 nm respectivement. L'intensité d'absorption du faisceau traversant le faisceau atomique a été convertie en densité de faisceau atomique et le rapport correspondant a été obtenu.La base du substrat pour l'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE) est un point difficile.MBE est un procédé à paroi froide, c'est-à-dire que le substrat de silicium chauffe à 1200, l'environnement à la température ambiante. En outre, la plaquette de silicium assure une température uniforme. Une cathode en métal réfractaire à résistance en colline et en graphite, l’arrière du chauffage par rayonnement et l’ensemble des pièces chauffantes sont installés dans des conteneurs refroidis à l’azote liquide, afin de réduire le rayonnement thermique des composants sous vide. Le substrat est mis en rotation pour assurer un chauffage uniforme. La déviation libre peut améliorer l’effet de dopage de l’implantation secondaire.
Source: Meeyou Carbide