分子束外延（MBE）是新发展起来的外延制膜方法，也是一种特殊的真空镀膜工艺。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适的条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜的方法。该技术的优点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。

中文名分子束外延英文缩写MBE

外文名Molecular beam epitaxy所属类别薄膜工艺

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1内容
2特点

1内容

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　　分子束外延的英文缩写为ＭＢＥ，这是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。该技术的优点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。

2特点

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（1）生长速率极慢，每秒1—10埃，因而可以生长极薄而厚度均匀的外延层，实际上是一种原子级的加工技术；（2）外延生长的温度低，可以避免衬底与外延层间的杂质在扩散，而获得杂质浓度分布异常陡峭p—n结，同时又可以避免通常在高温下产生的热缺陷；（3）由于生长是在超高真空中进行的，衬底表面经过处理可成为完全清洁的，在外延过程中可避免沾污，因而能生长出质量极好的外延层。在分子束外延装置中，一般还附有用以检测表面结构、成分和真空残余气体的仪器，可以随时监控外延层的成分和结构的完整性。

参考资料：

《辞海》上海辞书出版社出版

分子束外延技术

编辑讨论上传视频本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。分子束外延技术是在半导体工艺中近十几年来发展起来的一项新技术，它是在超高真空条件下，类似于真空蒸发镀把构成晶体的各个组分和予掺杂的原子(分子)，以一定的热运动速度，按一定的比例从喷射炉中喷射到基片上去进行晶体外延生长而制备单晶膜的一种方法。简称MBE法。^[1]中文名分子束外延技术外文名Molecular Beam Epitaxy Technology简称MBE法优点残余气体对膜的污染少缺点时间长，大批量生产性差影响外延温度

分子束外延生长的原理及特点

编辑分子束外延，就是在超高真空系统中把所需要的结晶材料放入到喷射炉中，将喷射炉加热。使结晶材料形成分子束，从炉中喷出后，沉积在温度保持在几百度的单晶基片上。如果设置几个喷射炉，就可以制取多元半导体混晶，又可以同时进行掺杂。由于采用四极质谱仪对分子束的强度、相对比进行监控，并将测到的信息反馈到各个喷射炉，就可以精确地控制结晶生长。如果再装上高能电子衍射仪及其他分析仪器，则可以进行沉积系统中结晶生长过程的研究。利用分子束外延不仅制取了双质结激光器、三维介质集成光波导，还可以用此法使二种光波导重叠地生长在同一基片上，制成了从一个波导移向另一个波导的锥形辋合器，其耦合系数接近于100%。MBE法与其他液相、气相外延生长法相比较，其特点是，①分子束外延生长是在超高真空下进行的，残余气体对膜的污染少，可保持极清洁的表面。②生长温度低，如生长GaAs只有500~600℃，Si只有500℃。③生长速度慢，(1~10μm/h)。可生长超薄(几个μm)而乎整的膜，膜层厚度、组分和杂质浓度均可进行精确地控制。④可获得大面积的表面和界面有原子级平整度的外延生长膜。⑤在同一系统中，可原位观察单晶薄膜的生长过程，可以进行生长机制的研究。外延生长的缺点是时间长，大批量生产性差，对真空条件要求高。

影响分子束外延的因素

编辑1、外延温度为了引起外延，基片的温度应达到某一温度值，即有必要加热到外延温度以上，当温度低于外延温度时则不能引起外延。而且外延温度还与其他条件有关，不同条件下的外延温度是不同的。2、基片结晶的臂开在过去的常规研究方面，基片结晶是在大气下臂开(机械折断产生结晶面)而后放入真空装置中来制取外延单晶膜。已经研究了晶面一旦臂开就立刻进行制膜的方法。由于这两种方法不同，其外延温度也有所不同。基片结晶在真空下臂开而引起的处延临界温度的不同值，如图1所示。图1 基片结晶的臂开3、压力的影响在10^-3Pa真空度下，臂开的表面，在1秒钟时间内即可被残余气体的单原于层所覆盖，若在10^-5~10^-7Pa真空条件下臂开而立即进行蒸镀，则外延温度应当更进一步地降低，但实险表明，并非如此。如M和A，在高真空下进行外延蒸镀与在超高真空下进行外延蒸镀，其结果并没有多少差别。然而，cu、Ag、Au在超高真空下，使(001)面同基片相平行，则很难生成单晶膜，这说明对Cu、Ag、Au进行外延蒸镀时，基片表面还需要进行适当的污染。^[1]4、蒸发速度影响如果降低蒸发速度，外廷温度Te也降低，如图2所示，在NaCl上面蒸镀外延Au时，NaCl上面的平行方位的蒸铰速度降低，就可以在较低的基片温度下进行晶体外延。图2 速度影响

分子束外延装置

编辑MBE装置由样品进样室、预处理分析室和牛K窜等组成。窜间用闸扳阀隔开，以确保生长室的超高真空与清洁。根据MBE系统的几何结构相应地配置真空系统。根据要求，3个室的真空配置的配置泵的系统并非一样：(1)进样室。真空度为1.33 x10-6~1 33 x10^-8Pa。在l 33×10^-6~1.33×10^-7Pa段用吸附泵或涡轮分子加离子泵；1.33×10^-7Pa时用涡轮分子泵；1.33 x 10^-8Pa时用涡轮分子泵或其他泵加闭路循环液氮低温泵。(2)预处理分析室。真空度为1 33×10^-8Pa，由400L/s抽速的离子泵获得。(3)生长室。真空度为1.33 x 10^-9Pa。要按生长室的容积大小和所用的生长材料的阵质来配置。用大抽速带冷阱的特种油扩散泵、大抽速涡轮分子泵、太抽速闭路循环液氮低温泵、大抽速离子泵等四种泵为主泵，再辅以钛升华泵。^[2]