Молекулярно-лучевая эпитаксия. Ее особенности и оборудование для проведения

Молекулярно-лучевая эпитаксия – метод выращивания кристаллов и наноструктур в вакуумной среде различного уровня. Другие названия: молекулярное и молекулярно-пучковое выращивание. С помощью такого процесса получают материалы со сложной структурой и высокой плотностью.

Молекулярная эпитаксия и оборудование для ее проведения

Для выполнения эпитаксиального выращивания используют специальные установки. Их основным функциональным элементом является форвакуумный компрессор. Он предназначен для перекачивания газовой смеси из рабочего пространства. В качестве такого агрегата используют магниторазрядные или абсорбционные насосы.

Также оборудования для epitaxy комплектуют такими функциональными элементами:

• Рабочей камерой. Ее изготавливают из нержавеющей стали. В некоторых случаях оборудование оснащают тремя камерами: загрузочной, рабочей и исследовательской. Они соединены между собой специальной арматурой с герметичными уплотнениями. Благодаря этому рабочее пространство каждого отдельного объема полностью герметичное.
• Манипулятором. Он представляет собой подложкодержатель. На его поверхности устанавливают подложку для выращивания. Он может вращаться для более эффективного выращивания кристаллических пород. Манипулятор отвечает за создание качественного образца изделия. Его поверхность прогревается до определенной температуры. Это позволяет избавить формируемую наноструктуру от пыли и загрязнений.
• Молекулярным источником. С его помощью испаряют вещества, которые требуются для роста кристаллической породы. Он представлен тиглем, который изготовлен из тугоплавкого металла. На нем намотан нагреватель. К нему подсоединены термопары и тигельные заслонки.
• Подложкой. Этот элемент выполнен в форме диска, диаметр которого достигает 10,2 см. Его изготавливают из арсенида галлия, кремния или другого монокристаллического материала.
• Криопанелями. Они отвечают за замораживание атомов испаряемого вещества. Эти элементы представляют собой емкости, которые заполнены жидким азотом. Они монтированы по периметру манипулятора.

Впервые метод эпитаксиального выращивания был предложен в 1960-х годах. В это же время ученые разработали специализированное оборудование для проведения процесса. Современное оборудование претерпело незначительных изменений. Производители изготавливают более износостойкие криопанели и манипуляторы. Также в оснащении систем используют герметичную специализированную арматуру.

Метод молекулярно-лучевой эпитаксии

Весь процесс проводят не только в вакуумной среде, но и под воздействием высокого температурного режима. Он способствует формированию плотной и сложной структуры выращиваемого кристаллического материала. Чтобы обеспечить правильное проведение техпроцесса, нужно использовать качественные подложки. Они должны быть очищены от пыли и грязи. А их поверхность должна быть атомарногладкой.

Суть метода заключается в испарении веществ в тигле и атомов материала на подложке. На него подаются теплые лучи в виде пучка. Под таким воздействием происходит плавление шихты выращиваемой наноструктуры и ее полное формирование согласно параметрам подложки.