分子束外延技術(shù)(mbe)的原理及其制備先進材料的分析進展(編輯修改稿)
2024-08-28 18:53 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 表面的重構(gòu)情況. MBE技術(shù)特點MBE是一個動力學(xué)過程，即將入射的中性粒子（原子或分子）一個一個地堆積在襯底上進行生長，而不是一個熱力學(xué)過程，所以它可以生長按照普通熱平衡生長方法難以生長的薄膜.分子束外延生長是在加熱的襯底上進行，在生長過程中發(fā)生了下列表面動力學(xué)過程.第一步，構(gòu)成薄膜的原子或者分子被沉積并吸附在襯底表面.第二步，吸附分子在表面遷移、分解.第三步，原子被融合到襯底或者外延層的晶格中.第四步，沒有融入晶格的原子或者其它基團重新熱脫附離開表面.與其它外延薄膜生長技術(shù)相比，MBE具有許多特點，系統(tǒng)總結(jié)如下.其一，生長速率低，大約1μm/h，相當(dāng)于每秒生長一個單原子層，因此有利于實現(xiàn)精確控制厚度、結(jié)構(gòu)與成分和形成陡峭異質(zhì)結(jié)等，極低的生長速率也限制了MBE的生產(chǎn)效率，同時考慮到昂貴的設(shè)備，使其無法進行大規(guī)模生產(chǎn).其二，襯底溫度較低，因此降低了界面上熱膨脹引入的晶格失配效應(yīng)和襯底雜質(zhì)對外延層的自摻雜擴散影響.其三，受襯底材料的影響較大，要求外延材料與襯底材料的晶格結(jié)構(gòu)和原子間距相互匹配，晶格失配率要≤7%.其四，能獨立控制各蒸發(fā)源的蒸發(fā)和噴射速度，從而能制備合金薄膜.其五，MBE制膜并不以蒸發(fā)溫度為控制參數(shù)，而以系統(tǒng)中的四極質(zhì)譜儀、原子吸收光譜等現(xiàn)代儀器時時監(jiān)測分子束的種類和強度，復(fù)雜的設(shè)備也增大了生產(chǎn)成本.其六，在各加熱爐和襯底之間分別插有單個的活門, 可以使各射束分別在規(guī)定的時間間隔內(nèi)通過或關(guān)斷.最后，單個束源爐中必須使用高純度原料.3 MBE工藝制備先進材料介紹在超薄層材料外延生長技術(shù)方面，MBE的問世使原子、分子數(shù)量級厚度的外延生長得以實現(xiàn)，光電子技術(shù)，超導(dǎo)電子技術(shù)及真空電子技術(shù)的基礎(chǔ). MBE工藝制備GaNAs基超晶格太陽能電池理論計算表明[2]，對于GaInP/ GaAs/ Ge 三結(jié)電池來說，當(dāng)在GaAs 電池與Ge 電池之間再增加一個帶隙在1 ，隨著電池結(jié)數(shù)的增加，結(jié)電池的短路電流密度相應(yīng)減小，盡管提升GaInAs材料的質(zhì)量很困難，但是由于四元合金Ga1xInxNyAs1 y帶隙可調(diào)控至1 eV 且能與GaAs 或Ge 襯底實現(xiàn)晶格匹配(當(dāng)x≈3y)， 年4 月，美國solar junction 公司報道了在947 個太陽下，轉(zhuǎn)換效率高達44% 的以1 eV 帶隙GaInNAs為子電池的高效三結(jié)GaInP/GaAs/GaInNAs電池， 公司合作，在大尺寸襯底上制備的GaInNAs 基多結(jié)太陽電池轉(zhuǎn)換效率可達44. 1%，前景非?？捎^.然而，眾多研究發(fā)現(xiàn)，In和N 共存于GaInNAs中會導(dǎo)致成分起伏和應(yīng)變，并導(dǎo)致In團簇的產(chǎn)生以及與N元素有關(guān)的本征點缺陷等，這就必須借助于MBE設(shè)備技術(shù).北京科技大學(xué)的科研團隊進行了如下實驗：. 03As0. 97/In0. 09 Ga0. 91 As超晶格的生長都是在半絕緣GaAs襯底的(001)面上進行的，Si和Be分別作為GaAs 的n 型和p ，需在生長室內(nèi)對GaAs 襯底進行高溫( ~ 600 ℃)脫氧處理10
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1