Molekylstråleteknik

Molekylstråleteknik, ofta förkortad MBE (molecular beam epitaxy), är en depositionsteknik för tunna lager material på substrat i ultra-hög vakuum. I tekniken riktas atom- eller molekylstrålar mot ytan och lagren växer epitaxiellt, lager för lager, med nästan atomisk precision. Den höga renheten i miljön gör det möjligt att kontrollera dopning, gränsytor och gränssnitt mycket noggrant.

Principer och utrustning. Tekniken bygger på källor som effusionskärl eller förångade ämnen som avger definierade fluxar i vakuum. Substratet hettas upp och roteras under tillväxten. Eftersom mängden material som tillförs är mycket liten och strålarna är riktade, kan man uppnå kontrollerad lagerstrukturer och mycket plana ytor. Tillväxten övervakas ofta in-situ genom ytmonitorering och flödesmätning, där metoder som RHEED (reflections high-energy electron diffraction) används för att följa ytan och tillväxtläget.

Material och tillämpningar. MBE används för att skapa högkvalitativa epitaxiella lager och heterostrukturer inom halvledare, exempelvis GaAs/AlGaAs- och InP-baserade system, samt för oxider och andra material i så kallad oxide MBE. Tekniken är viktig inom forskningsmiljöer för studier av egenheter vid ytor, av kärl och av kvantskalor, samt för produktion av tunna lager i vissa avancerade elektronik- och fotoniktapplikationer.

Historia och varianter. MBE utvecklades under 1960- och 1970-talen som ett sätt att uppnå atomär kontroll över växt i UHV. Sedan dess har metoden blivit grundläggande i forskning och i vissa specialiserade tillämpningar. Varianter inkluderar oxide MBE (OMBE) och organisk MBE, som används för olika materialsystem och funktioner.

Fördelar och begränsningar. Fördelarna är mycket hög renhet, exakt tjocklekskontroll och skarpa gränser mellan lager. Begränsningarna inkluderar långsam tillväxt, höga kostnader, krav på avancerad vakuumteknik och specialanpassade substrat, samt begränsningar i material som kan hanteras i systemet.