MBE Ⅳ分子束外延设备的设计特点和研制经验

　　分子束外延设备是用来制备半导体、金属、绝缘体超薄层异质结的外延材料，尤其是所谓半导体超.异.格量子阱和调制掺杂异质结、这些材料用J二制备欣r阱激光器和光电器件，超高速、微波和毫米波器件，在新一代光电集成和砷化稼集成电路中起着关键作用，因此分广束外延技术的发展受到各个国家的重视。

　　分子束外延技术是为满足超品格生长要求J几70年代初逐步发展起来的。它的基本工作原理是:在超高真空条件卜，控制外延材料所需的各种原材料的蒸发温度，使其定向地同时或先后淀积到被加热的单晶衬底，同质(或异质)、晶格匹配(或失配)外延’1长出不同厚度;不同周期的结构，其厚度可以控制复化在单原子尺度上，其重复周期可达几百次，而材料的品体完整性优于衬底，其纯度可以控制在本底杂质1XI。’‘cm一3水平，为了满足器件的要求.外延层的掺杂分布可以按要求变化，形成突变结或渐变结。由于外延生长过程的新鲜表面始终暴露于真空环境之中，而层厚控制在原于尺度L的精度，就需要对炉温有精确的控制，长时间多周期的重复生长需要有准确、可靠的快速动作快门来切换炉源，整个生长过程必须山汁算机统一管理。任何一个厂家制造分子束外延设备，都是以如何适应、满足半导体超晶格量子阱及微结构外延生长要求为目标的。标志其产品的优劣、除了)一’方给出的真空指标、温度控制精度，快门形式外，外延材料的质量、整机的稳定性、重复性会给它们带来很好的声誉。

　　基于上述要求，我国MBEW型设计是以赶l_分子束外延世界先进水平为t]标，在第一、几代产品的基础上重点解决」三个方面问题:

　　1.真空系统结构的合理性，可靠性和重复性以及真空度的进一步提高，为整机长时间稳定上作提供保证;

　　2.研制被禁运的关键部件;分子束炉、快门，确保高质量外延生长;

　　3.建立满足各类材料生长要求的多功能;高性能计算机控制系统，使外延生长过程自动化。

　　整个研制工作是在国家计委和科学院直接支持下，由中国科学院沈!‘日科学仪器J’、物理研究所、半导体所和上海冶金所共同承担的。现将l_述二部分分别进行介绍。

　　一、真空系统及总体结构

　　MBEW型是山双生长室组成的设备，在两生长室之间，有一共用的样品顶处理及贮存样品的真空室，此室又与进样真空室相连。各真空室之间均有超高真空隔离阀，并配有各自的无油超.高真空机组(4001/s离子泵和50001/s升华泵)，各机组共用一个粗抽系统(包括干泵、机械泵和涡轮分子泵)。各真空室可以独立进行换料、生长和维修，其中生长室真空度为5xl任一，’毫巴，预处理室l.4xl丁。毫巴，进样室为lr毫巴。样品可在不破坏生长室和预处理室真空的条件下，先进人进样室，在进样室真空进人lr毛后，再打开进样室与预处理室之间的阀门，将样品传人预处理室，或进行预处理，或贮存在样品存放台土，而后是进人生长室。