PDF《分子束外延材料从基础研究到产业化 3》

评述3收到初稿 修回 分子束外延材料从基础研究到产业化

3 周均铭 黄绮中国科学院物理研究所 北京 摘要文章系统地概述了分子束外延技术和材料从实验室走向产业化的成功之路 为读者提供了一个了解高技 术发展的全过程 由物理学家从理论上提出人工超晶格的概念及可能具有的特性 由实验物理学家通过分子束外延 技术 制备出具有高电子迁移率和奇特光学性质的各类异质结构和超晶格量子阱材料 再由器件物理学家制备出若 干具有重要应用价值的器件与电路 如微波毫米波高电子迁移率晶体管及电路 !量子阱激光器 从而促进了分子束外 延技术的发展与完善 移动通信 !移动互联网 !地面宽带无线通信 !汽车防碰撞雷达 !高效太阳能电池等对分子束外延 材料的需求为其产业化带来了契机 我国科技工作者将结合国情走出自己的分子束外延材料产业化之路 关键词 分子束外延 超晶格 量子阱 微波器件 产业化 ΜΟΛΕΧΥΛΑΡ ΒΕΑΜ ΕΠ ΙΤΑΞΙΑΛ ΜΑΤΕΡΙΑΛΣ ΦΡ Ο Μ ΦΥΝ?Α ΜΕΝΤΑΛ Ρ ΕΣΕΑΡ ΧΗ ΤΟ ΠΡ Ο? ΥΧΤΙΟΝ ∏

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2 ∏ Κεψ ωορδσ 引言 分子束外延技术在现代半导体物理 !器件以及 工业发展中起着十分关键的作用 回顾分子束 外延的发展历史 它始终追求的是应用目标 把原子 一个个地排列起来 同时将几种不同组分的材料交 替地生长 而每种材料的厚度小于电子的平均自由 程 两种不同材料之间的界面平整度在单 个原子水平上 重复周期在 次以上 这需要多高 的技术啊 是什么力量促使人们不断完善这一技 术 使它成为当今信息产业发展的一项重要技术呢 这还得从诺贝尔物理学奖获得者江崎与美籍华人朱 兆祥提出的半导体超晶格理论说起 他们设想 如果 将两种晶格匹配得好的半导体材料 Α 和Β交替生 长 则电子沿生长方向 ζ 方向 的连续能带将分裂 成几个微带 从而改变了材料的电子结构 他们预言 在这种人造材料中可能出现若干新的现象与效应 从而出现了人们常说的能带工程 或能带裁剪 年)年期间 超晶格 !继而低维及小量子 系统的物理器件的长足发展均与分子束外延以及有 机金属气相淀积技术的发展息息相关 在此期间 分 子束外延技术走向成熟 有若干技术上的突破 # # 卷年期分子束外延技术发展概述 分子束外延是指在清洁的超高真空环境下 使 具有一定热能的两种或两种以上的分子 原子 的束 流喷射到被加热的衬底上 在衬底表面进行反应 生 成样品薄膜的过程 由于分子在/ 飞行0过程中几乎 是与环境气体无碰撞 以分子束的形式射向衬底 进 行外延生长 故此得名 可以想象 切断分子束就可 以中断生长 切换不同的分子束 就可以改变材料生 长的种类 因此分子束外延设备的基本构成为 超高 真空系统 ! 束源炉 !样品架及受计算机操纵的温度控 制和快门 见图 图 分子束外延设备的基本结构

211 超高真空环境 分子束外延生长的环境是基础条件 常年维持 在?这与它的生长方式直接相关 因 为分子是一层层铺上去的 外来原子将与它争夺晶 格位置而造成污染 直接影响晶体质量 在分子束外 延设备中采取了生长 !预处理及进样三真空室的基 本结构来减缓外部气体的引入 并采用全无油真空 抽气系统来减少污染环节 样品的转移 ! 快门的切换 均采取真空操作