​MBE(分子束外延)所用到的不同形状的源炉(k-cell)各有什么优缺点?

发布时间:2022/06/13 浏览次数:1049

在选择坩埚形状时,个原则是和谐k-cell的加热丝的形状匹配,满足这个前提之后再来考虑其他的方面。这是因为如果形状不匹配,加热就会不均匀,一方面测温不准会影响实验可重复性,另一方面坩埚各个部分热膨胀不均匀可能会导致损坏。接下来再考虑其他方面的问题。原教旨的k-cell想象一个封闭的盒子个封闭的盒子,盒子里有一些可升华/蒸发的材料。在一定温度下,材料表面升华/蒸发的分子数与冷凝/冷凝的分子数相同。此时,蒸汽压力是该温度下材料的饱和蒸汽压力。此时,如果我们在盒子上打开一个小洞,分子束将从这个洞中射出,束流的大小完全取决于材料的蒸汽压力,即盒子的温度,即MBE该技术可以准确地控制分子束流的基本原理。但在实际应用中,在大多数情况下MBE蒸发源坩埚的开口相当大,因为开口的大束流可以很大,可以有相对可接受的生长速度,所以实际的蒸发源在蒸汽压力准确平衡甚至不平衡的条件下工作。这些坩埚形状的区别是束流的大小和分布。锥形坩埚离平衡状态远,束流高,分布角大,束流控制不准确。瓶形接近平衡,束流低,分布角小,但束流控制准确,我用它蒸发Na等等高蒸汽压力材料。直筒型各方面性能适中,适合大多数材料,是我使用多的类型。考虑到不同蒸发源之间的交叉污染,锥形坩埚更严重。我不喜欢使用锥形坩埚的另一个现实原因是:当蒸发源倾斜时,坩埚中的东西很容易分散……这是一些基于我个人经验的参考数据:如果你想追求1nm/s高速生长,衬底为2寸以上晶圆锥形坩埚,如果生长速度为0.1nm/s级或以下,并且经计算束流可以均匀覆盖整个衬底——150C时蒸气压在10^4 mbar以下:直筒坩埚150C时蒸气压在10^4 mbar以上:酒瓶坩埚。