Moleküler kiriş epitaksisi - Molecular-beam epitaxy
Moleküler ışınlı epitaksi ( MBE ) bir olduğu epitaksi yöntemi ince film biriktirme arasında tek kristaller . MBE, transistörler de dahil olmak üzere yarı iletken cihazların üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır ve nanoteknolojilerin geliştirilmesi için temel araçlardan biri olarak kabul edilmektedir . MBE için kullanılan ve imal diyot ve MOSFET (MOS alan etkili transistörler de) mikrodalga frekansları ve üretimi için lazer okumak için kullanılan , optik diskler (örneğin CD'ler ve DVD'ler ).
Tarih
MBE sürecinin orijinal fikirleri ilk olarak Günther tarafından oluşturulmuştur. Yerleştirdiği filmler epitaksiyel değildi, ancak cam alt tabakalar üzerinde biriktirilmişti. Vakum teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, MBE süreci, Günther'in yöntemini kullanarak tek kristal GaAs substratları üzerinde GaAs epitaksiyel filmlerini büyütmeyi başaran Davey ve Pankey tarafından gösterildi . MBE filmlerin Başlıca müteakip gelişme olarak etkin olan JR Arthur'un büyüme mekanizmalarının ve kinetik davranış soruşturma Alfred Y. Cho 'ın situ kullanarak MBE sürecinin gözlem RHEED 1960'ların sonunda.
Yöntem
Moleküler ışın epitaksi, yüksek vakumda veya ultra yüksek vakumda (10 -8 –10 -12 Torr ) gerçekleşir. MBE'nin en önemli yönü , filmlerin epitaksiyel olarak büyümesini sağlayan biriktirme hızıdır (tipik olarak saatte 3.000 nm'den az) . Bu biriktirme oranları , diğer biriktirme teknikleriyle aynı safsızlık seviyelerini elde etmek için orantılı olarak daha iyi vakum gerektirir . Taşıyıcı gazların olmaması ve ultra yüksek vakum ortamı, büyütülen filmlerin elde edilebilecek en yüksek saflığına neden olur.
Katı kaynak MBE'de, galyum ve arsenik gibi ultra saf formdaki elementler , yavaş yavaş süblimleşmeye başlayana kadar ayrı yarı- Knudsen efüzyon hücrelerinde veya elektron ışını buharlaştırıcılarında ısıtılır . Gaz halindeki elementler daha sonra birbirleriyle reaksiyona girebilecekleri gofret üzerinde yoğunlaşır . Galyum ve arsenik örneğinde, tek kristalli galyum arsenit oluşur. Bakır veya altın gibi buharlaşma kaynakları kullanıldığında, yüzeye çarpan gaz halindeki elementler adsorbe edilebilir (çarpan atomların yüzeyin etrafında zıplayacağı bir zaman aralığından sonra) veya yansıtılabilir. Yüzeydeki atomlar da desorbe olabilir. Kaynağın sıcaklığının kontrol edilmesi, alt tabaka yüzeyine çarpan malzemenin hızını kontrol edecek ve alt tabakanın sıcaklığı, atlama veya desorpsiyon oranını etkileyecektir. "Işın" terimi, atomların ortalama serbest yollarının uzun olması nedeniyle, buharlaştırılmış atomların, gofrete ulaşana kadar birbirleriyle veya vakum odası gazlarıyla etkileşime girmediği anlamına gelir .
İşlem sırasında , kristal katmanların büyümesini izlemek için yansıma yüksek enerjili elektron kırınımı (RHEED) sıklıkla kullanılır. Bir bilgisayar, her fırının önündeki kepenkleri kontrol ederek, her katmanın kalınlığının tek bir atom katmanına kadar hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Farklı malzeme katmanlarının karmaşık yapıları bu şekilde üretilebilir. Bu tür kontrol, elektronların uzayda hapsedilebileceği, kuantum kuyuları ve hatta kuantum noktaları veren yapıların geliştirilmesine izin verdi . Bu tür katmanlar artık yarı iletken lazerler ve ışık yayan diyotlar dahil olmak üzere birçok modern yarı iletken cihazın kritik bir parçasıdır .
Substratın soğutulması gereken sistemlerde, büyüme odası içindeki ultra yüksek vakum ortamı , sıvı nitrojen veya soğuk nitrojen gazı kullanılarak 77 kelvin'e (-196 santigrat derece) yakın bir sıcaklığa soğutulan bir kriyopompa ve kriyopanel sistemi tarafından korunur. ). Soğuk yüzeyler, vakumdaki yabancı maddeler için bir lavabo görevi görür, bu nedenle bu koşullar altında filmleri biriktirmek için vakum seviyelerinin birkaç büyüklük mertebesi daha iyi olması gerekir. Diğer sistemlerde, kristallerin üzerinde büyütüldüğü gofretler, çalışma sırasında birkaç yüz santigrat dereceye kadar ısıtılabilen dönen bir tabla üzerine monte edilebilir.
Moleküler ışın epitaksisi (MBE), bazı organik yarı iletken türlerinin biriktirilmesi için de kullanılır . Bu durumda, atomlardan ziyade moleküller buharlaştırılır ve gofret üzerinde biriktirilir. Diğer varyasyonlar , kimyasal buhar birikimine benzeyen gaz kaynaklı MBE'yi içerir .
MBE sistemleri de ihtiyaca göre modifiye edilebilir. Örneğin oksijen kaynakları, ileri elektronik, manyetik ve optik uygulamalar ve ayrıca temel araştırmalar için oksit malzemeleri biriktirmek için dahil edilebilir.
kuantum nanoyapıları
Moleküler ışın epitaksinin en başarılı başarılarından biri, atomik olarak düz ve ani hetero-arayüzlerin oluşumuna izin veren nano yapılardır. Bu tür yapılar, fizik ve elektronik bilgisini genişletmede benzeri görülmemiş bir rol oynamıştır. Son zamanlarda, bilgi işlemeye ve kuantum iletişimi ve hesaplama için çip üzerindeki uygulamalarla olası entegrasyona izin veren nanotellerin ve içlerinde inşa edilen kuantum yapıların inşası. Bu heteroyapılı nanotel lazerleri , yalnızca silikon ve pikosaniye sinyal işleme üzerinde monolitik entegrasyona izin veren gelişmiş MBE teknikleri kullanılarak oluşturulabilir.
Asaro–Tiller–Grinfeld kararsızlığı
Grinfeld kararsızlığı olarak da bilinen Asaro–Tiller–Grinfeld (ATG) kararsızlığı, moleküler ışın epitaksisi sırasında sıklıkla karşılaşılan elastik bir kararsızlıktır. Büyüyen filmin kafes boyutları ile destekleyici kristal arasında bir uyumsuzluk varsa, büyüyen filmde elastik enerji birikir. Bazı kritik yükseklikte, film, gerilimin yanal olarak gevşetildiği izole adalara bölünürse, filmin serbest enerjisi düşürülebilir. Kritik yükseklik Young modülüne , uyumsuzluk boyutuna ve yüzey gerilimine bağlıdır.
Bu kararsızlık için kuantum noktalarının kendi kendine toplanması gibi bazı uygulamalar araştırılmıştır . Bu topluluk, ATG için Stranki–Krastanov büyümesinin adını kullanır .
Ayrıca bakınız
- Darbeli lazer biriktirme
- Metalorganik buhar fazı epitaksi
- Colin P. Flynn
- Arthur Gossard
- Yüksek elektron hareketli transistör (HEMT)
- Heterojunction bipolar transistör
- Herbert Kroemer
- Kuantum kademeli lazer
- Güneş pili
- Ben G. Sokak Adamı
- ıslatma tabakası
- Termal Lazer Epitaksi
Notlar
Referanslar
- Jaeger, Richard C. (2002). "Film Biriktirme". Mikroelektronik İmalata Giriş (2. baskı). Yukarı Eyer Nehri: Prentice Salonu. ISBN'si 978-0-201-44494-0.
- McCray, WP (2007). "MBE Tarih Kitaplarında Bir Yeri Hak Ediyor" . Doğa Nanoteknoloji . 2 (5): 259–261. Bibcode : 2007NatNa...2..259M . doi : 10.1038/nnano.2007.121 . PMID 18654274 . S2CID 205442147 .
- Shchukin, Vitaliy A.; Dieter Bimberg (1999). "Kristal yüzeylerde nanoyapıların spontan sıralaması". Modern Fizik İncelemeleri . 71 (4): 1125–1171. Bibcode : 1999RvMP...71.125S . doi : 10.1103/RevModPhys.71.125 .
- Stangl, J.; V. Holı; G. Bauer (2004). "Kendinden organize yarı iletken nanoyapıların yapısal özellikleri" (PDF) . Modern Fizik İncelemeleri . 76 (3): 725-783. Bibcode : 2004RvMP...76..725S . doi : 10.1103/RevModPhys.76.725 .
daha fazla okuma
- Frigeri, P.; Seravallı, L.; Trevisi, G.; Franchi, S. (2011). "3.12: Moleküler Işın Epitaksisi: Genel Bir Bakış". Pallab Bhattacharya'da; Roberto Fornari; Hiroshi Kamimura (ed.). Kapsamlı Yarı İletken Bilimi ve Teknolojisi . 3 . Amsterdam: Elsevier. s. 480-522. doi : 10.1016/B978-0-44-453153-7.00099-7 . ISBN'si 9780444531537.