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薄膜材料与技术 （8 ） 李美成 2006秋季学期 1 1 第八章分子束外延法 8.1 分子束外延简介 8.2 分子束外延生长的特点 8.3 分子束外延的装置 8.4 分子束外延的原理和方法 8.5 分子束外延生长的应用 薄膜材料与技术 薄膜材料与技术 2 2 8.1 分子束外延简介 所谓“外延”就是在一定的单晶体材料衬底上， 沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层完 整的单晶层的制膜方法。若外延层与衬底材料 在结构和性质上相同，则称同质外延。 Epi: from the Greek for upon Taxis: from the Greek for to arrange Epitaxy: the growth on a crystalline substrate of a crystalline substance that replicates the crystal structure of the substrate 在1969年由贝尔（Bell ）实验室的J.R. Arthur 命名的。 薄膜材料与技术 薄膜材料与技术 3 3 外延单晶薄膜在纯度和性能上有可能比体单晶 材料有明显的改善，而且可以制造很难用其他 方法制造的大面积或特殊材料的单晶薄膜。 此外，外延单晶工艺可以把材料制备和器件制 造工艺统一，有利于提高器件的成品率和稳定 性，并为研制新的电子器件提供了新的途径。 近30年来发展了气相外延、液相外延和分子 束外延。 分子束外延生长法（ Molecular Beam Epitaxy，MBE）是一种新的主要用于开发III- V族半导体的外延生长法。 薄膜材料与技术 薄膜材料与技术 4 4 在超高真空条件下精确控制原材料的中性分子细 流即分子束强度，把分子束射入被加热的基片上 而进行外延生长的。 就方法而言，分子束外延生长法是属于真空蒸镀 方法。由于其蒸发源、监控系统和分析系统的高 性能和真空环境的改善，分子束外延法优于液相 外延生长法、气相外延生长法。 它不同于过去真空蒸镀的是能够得到极高质量的 薄膜单晶体。从这一意义上说，分子束外延生长 是以真空蒸镀为基础的一种全新的晶体生长法。 可用来制备现有的大部分器件，而且也可以制备 许多新器件，包括用其它方法根本不能实现的。