MBE(分子束外延)所用到的不同形狀的源爐(k cell)各有什麼優缺點?

時間 2021-05-31 21:22:24

1樓:焚琴烹鶴

居然碰到這個問題?

我猜你想問的是坩堝的形狀。上面的回答中給出了幾種典型坩堝的形狀。出現種種不同設計的原因是綜合考慮均勻和束流穩定性。

至於縮口的那個形狀。曾經是veeco的專利,兼顧了穩定性和均勻性,因此大賣。

簡單的就說這麼多吧。分子束外延的源爐一般是針對不同材料的性質而特殊設計。講起來太費勁。

2樓:

個人理解僅供參考。

選擇坩堝形狀時,第一原則是要和k-cell的加熱絲的形狀匹配,滿足這個前提之後再來考慮其他的方面。這是因為如果形狀不匹配,加熱就會不均勻,一方面測溫不准會影響實驗可重複性,另一方面坩堝各個部分熱膨脹不均勻可能會導致損壞。

接下來再考慮其他方面的問題。最原教旨的k-cell是這麼個東西:想象乙個封閉的盒子,盒子裡面放著某種可昇華/蒸發的材料,那麼在一定的溫度下,材料表面昇華/蒸發的分子數與凝華/凝結的分子數是相同的,此時的蒸氣壓就是材料在該溫度下的飽和蒸氣壓。

這時如果我們在盒子上開乙個很小的洞,從這個洞裡就會射出分子束,而束流的大小完全由材料的蒸氣壓決定,也就是完全由盒子的溫度決定,這就是MBE技術可以精確控制分子束流大小的基本原理。

但在實際應用中,大部分情況下MBE蒸發源坩堝的開口都相當大,因為開口大束流才能夠大,才能有相對可接受的生長速度,所以實際的蒸發源是在蒸氣壓準平衡甚至非平衡的條件下工作的。這幾種坩堝形狀最大的區別是束流的大小和分布。錐形坩堝離平衡態最遠,束流較高且分布角度大,束流的控制也是最不精確的。

酒瓶形最接近平衡態,束流低、分布角度小,但束流控制精確,我會用來蒸發Na之類的高蒸汽壓材料。直筒型各方面效能比較中庸,適合大部分材料,是我用得最多的型別。

考慮束流分布角度時還需要注意不同蒸發源之間的交叉汙染問題,這個問題對於錐形坩堝比較嚴重。

我不愛用錐形坩堝還有乙個很現實的原因:蒸發源傾斜安裝時,坩堝裡的東西容易撒……

如果要追求1nm/s級的高速生長,並且襯底是2英吋以上的晶圓——錐形坩堝

如果生長速度是0.1nm/s級或以下,並且經計算束流可以均勻覆蓋整個襯底——

150C時蒸氣壓在10^4 mbar以下:直筒坩堝

150C時蒸氣壓在10^4 mbar以上:酒瓶坩堝

如何評價MBE(分子束外延)生長材料的效能?

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