刘迪分子束外延

1、汇报目录1分子束外延技术基本知识2具体实例3文献阅读4总结与展望总结与展望分子束外延基本知识在超高真空环境下，使具有一定热能的一种或多种分子（原子）束流喷射到衬底，在衬底表面进行外延生长的过程。始创始创：20世纪70年代初期，美国Bell实验室应用应用：外延生长原子级精确控制的超薄多层二维结构材料和器件（超晶格、高电子迁移率晶体管等）；结合其他工艺，还可制备一维和零维的纳米材料（量子线、量子点等）。 分子束外延原理分子束外延原理示意图分子束外延原理示意图在超高真空系统中，将组成化合物在超高真空系统中，将组成化合物中的各个元素和掺杂元素分别放入中的各个元素和掺杂元素分别放入不同的源炉内。加热源炉

2、使它们的不同的源炉内。加热源炉使它们的分子（原子）以一定的热运动速度分子（原子）以一定的热运动速度和一定的和一定的束流强度束流强度比例喷射到衬底比例喷射到衬底表面上，与表面相互作用，进行单表面上，与表面相互作用，进行单晶薄膜的外延生长。各源炉前的挡晶薄膜的外延生长。各源炉前的挡板用来改变外延层的组份和掺杂。板用来改变外延层的组份和掺杂。根据设定的程序根据设定的程序开关挡板开关挡板、改变炉改变炉温温和和控制生长时间控制生长时间，就可以生长出，就可以生长出不同厚度、不同组份、不同掺杂浓不同厚度、不同组份、不同掺杂浓度的外延材料。度的外延材料。 3 3分子束外延原理外延表面反应过程图外延表面反应过程

3、图外延薄膜的生长外延薄膜的生长模式图模式图MBE的优缺点（1）从源炉喷出的分子（原子）以“分子束”流形式直线到达衬底表面，可严格控制生长速率。（2）分子束外延的生长速率较慢，可实现单原子（分子）层外延，具有极好的膜厚可控性。（3）通过调节束源和衬底之间的挡板的开闭，可严格控制膜的成分和杂质浓度，也可实现选择性外延生长。（4）材料层生长速率太慢，不适合大批量生产加工。（5）系统需要的真空和工艺过程要求十分严格，使得整个系统硬件较复杂且费用昂贵。分子束外延设备分子束外延设备照片a和示意图b芬兰芬兰DCA公司公司 P600型型MBE系统系统分子束外延实时监测RHEEDRHEED （reflectio

4、n high-energy electron diffraction）：反射高能电子衍射仪，它是MBE) 技术中进行原位监测的一个重要手段。从电子枪发射出来的具有一定能量(通常为10 - 30kev) 的电子束以1 - 2的掠射角射到样品表面,那么,电子垂直于样品表面的动量分量很小,又受到库仑场的散射,所以电子束的透入深度仅1 - 2 个原子层, 因此RHEED 所反映的完全是样品表面的结构信息，研究晶体生长、吸附、表面缺陷等方面特征特征衍射图衍射图衬底制备及其低温去除氧化层技术去氧化层去氧化层过程过程RHEEDRHEED图样变化图图样变化图生长温度对分子束外延材料的影响A 780B 850C

5、 950AlNAlN AFM AFM 表征表征束流比对分子束外延材料晶体的影响不同束流比下的生长速率不同束流比下的生长速率GaSb为衬底生长GaSb薄膜生长速率对薄膜表面形貌及生长模式的影响 不同生长速率制备不同生长速率制备的的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 文献学习Structural properties of AlGaP films on GaP grown by gas-source molecular beam epitaxy 研究用分子

6、束外延技术在CaP为基底上生成AlGaP薄膜的结构性质生长温度和PH3流量大小对AlGaP薄膜结构的影响主要内容实验设计PH3为磷源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与SEM分析AFM images of the grown

9、samples at different temperatures.AFM images of the grown samples at different temperatures.AFM与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文章结论1、S3样品即在4902.7sccm PH3下ALGaP的半峰宽最小且在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）升高或降低生长温度都会带来ALGaP的半峰宽和覆盖层的粗糙度增加。总结与展望

11、MBE作为一种高级真空蒸发形式，在材料化学组分和生长速率控制等方面表现出了卓越的性能，并在金属半导体场效应晶体管（MESFET）、高电子迁移率晶体管（HEMT）、异质结构场效应晶体管(HFET)、异质结双极晶体管（HBT）等微波、毫米波器件及电路和光电器件制备中发挥了重要作用。专家认为未来半导体光电子学的重要突破口将是对超晶格、量子阱（点、线）结构材料及器件的研究，而器件和电路的发展一定要依赖于超薄层材料生长技术如分子束外延技术的进步，相信未来分子束外延技术必将为技术的发展做出更加重要的贡献。参考文献【1】 Dadgostar S, Hussein E H, Schmidtbauer J, e

12、t al. Structural properties of AlGaP films on GaP grown by gas-source molecular beam epitaxyJ. Journal of Crystal Growth, 2015, 425:94-98. 【2】 Urakami N, Yamane K, Sekiguchi H, et al. Molecular-beam epitaxy growth of dilute GaAsN alloys by surface nitridationJ. Journal of Crystal Growth, 2016, 435:19-23. 【3】 崔其霞,