Molekyyli- epitaksia (MBE ja Molecular Beam Epitaxy ) on tekniikka lähettää yhden tai useamman molekyyli- suihkuja kohti aiemmin valitun substraatin aikaansaamiseksi kasvua epitaksiaalinen . Se tekee mahdolliseksi kasvattaa nanorakenteiset näytteitä useiden cm 2 nopeudella noin yksi atomi yksikerroksinen sekunnissa.
Se koostuu kahdesta olennaisesta osasta:
Käyttäjä haluaa melkein aina saavuttaa kiinteiden materiaalien kasvun huoneenlämmössä.
Tämän, hän asettaa materiaalien upokkaat PNB ( pyroliittinen boorinitridi , vakaa ja ei kovin reaktiivisia jopa 2000K) sijaitsevat Knudsen solussa.
Haihdutuslämpötilaa on säädettävä tarkasti, koska se määrittää näytteeseen saapuvan molekyylivuon. Materiaalien kasvun on oltava suhteellisen hidasta, jotta haihtuneet molekyylit eivät reagoisi muiden kanssa ennen substraatille pääsyä. Operaattori varmistaa, että keskimääräinen vapaa polku ( ) on suurempi kuin etäisyys, joka erottaa Knudsen-solun substraatista. Käytännössä varmistamme, että se on suurempi kuin 1 metri. Jos näitä ehtoja noudatetaan, voimme sitten puhua "molekyylisuihkuista".
Voimme osoittaa sen
tai
Kuitenkin määrä tiheys atomien on suoraan verrannollinen paine ( ) ja lämpötilan ( ) mukaan , jossa on Boltzmannin vakio .
Knudsen-soluissa on obturaaattorit kasvun hallitsemiseksi. Näiden ikkunaluukkujen sulkeutumisaika on yleensä alle sekunti ja siten yleensä lyhyempi kuin yksikerroksisen kerroksen luomiseen tarvittava aika. Hidas kasvu johtaa selkeisiin heteroyhteyksiin monikerroksisissa materiaaleissa.
Se mahdollistaa myös materiaalin homogeenisen seostamisen hallinnan.
Se mahdollistaa myös mittaukset reaaliajassa, kasvun aikana ( katso seuraava kohta ).
Pieni kasvunopeus merkitsee kuitenkin hyvin puhdasta ilmakehää, muuten epäpuhtaudet saastuttavat näytettä merkittävästi. Useat pumppausjärjestelmät säilyttävät siten jäännöspaineen alle 10 −8 Pa .
MBE antaa myös mahdollisuuden hallita kasvuolosuhteita in situ korkean energian omaavien elektronien diffraktion ansiosta laiduntamisen esiintyvyydessä (RHEED). Diffraktiokaaviot tarjoavat reaaliaikaista tietoa pinnan tilasta, erityisesti rekonstruoinnista.
Yleisimmät reaaliaikaiset mittaukset MBE: ssä ovat:
Pinnan kasvu on dynaaminen (ei staattinen) prosessi. Molekyyli, joka saavuttaa pinnan, ei yksinkertaisesti tartu siihen. Tyypillisesti molekyylit diffundoituvat lämpöenergiansa ansiosta, jolloin ilmestyy ytimen ilmiö : atomit kohtaavat ja kokoontuvat; heidän liikkuvuutensa vähenee. Muut molekyylit voivat liittyä, puhumme sitten aggregaatiosta. Kaiken kaikkiaan nämä aggregaatit liikkuvat vähän, mutta niiden reunat ovat hyvin liikkuvia (ilmiötä kutsutaan "reunan sironnaksi").
Lisäksi molekyylien lämpöenergia voi olla sellainen, että ne lähtevät näytteestä: tapahtuu " desorptio ".
Lopuksi jotkut aggregaatit voivat erota, tämä on sitten dissosiaatio.
Epitaksia tuottaa nykyään monia materiaaleja.
Tämä pätee erityisesti tiettyihin elektronisiin komponentteihin tai aurinkokennoihin.