Den molekylær stråle epitaksi (MBE til Molecular Beam Epitaxy ) er en teknikk for å sende en eller flere molekylstråler mot en på forhånd utvalgt substrat for å tilveiebringe en vekst epitaksiale . Det gjør det mulig å dyrke nanostrukturerte prøver på flere cm 2 med en hastighet på omtrent ett atommonolag per sekund.
Den består av to viktige deler:
Operatøren ønsker nesten alltid å oppnå vekst av faste materialer ved romtemperatur.
For dette plasserer han materialene i smeltedigler av PNB ( pyrolitisk bornitrid , stabil og ikke veldig reaktiv opp til 2000K) som ligger i en Knudsen-celle.
Fordampningstemperaturen må kontrolleres nøyaktig fordi den bestemmer den molekylære strømmen som kommer til prøven. Veksten av materialene må være relativt langsom for å forhindre at fordampede molekyler reagerer med andre før de når substratet. Operatøren sørger for at den gjennomsnittlige frie banen ( ) er større enn avstanden som skiller Knudsen-cellen fra substratet. I praksis sørger vi for at den er større enn 1 meter. Hvis disse forholdene blir observert, kan vi snakke om "molekylære jetfly".
Vi kan vise det
eller
Imidlertid er volumdensiteten er av atomer direkte proporsjonalt med trykket ( ) og til den temperatur ( ) i henhold til der er Boltzmanns konstant .
Knudsen-celler har hindringer for å kontrollere veksten. Stengetidene til disse skodder er generelt mindre enn et sekund, og derfor generelt mindre enn tiden det tar å lage et monolag. Langsom vekst resulterer i klare heterojunksjoner i flerlagsmaterialer.
Det gjør det også mulig å kontrollere en homogen doping av materialet.
Det tillater også målinger i sanntid under vekst ( se neste punkt ).
Imidlertid innebærer en lav vekstrate en veldig ren atmosfære, ellers vil urenheter forurense prøven betydelig. Flere pumpesystemer har derfor et resttrykk på mindre enn 10 −8 Pa .
MBE gjør det også mulig å kontrollere vekstforholdene in situ takket være diffraksjon av elektroner med høy energi i beiteinnfall (RHEED). Diffraksjonsdiagrammer gir direkte informasjon om overflatens tilstand, spesielt om rekonstruksjoner.
De vanligste målingene i sanntid i MBE er:
Overflatevekst er en dynamisk (ikke statisk) prosess. Et molekyl som når overflaten, holder seg ikke bare til det. Vanligvis vil molekylene diffundere takket være deres termiske energi, da vises et kjerneformasjonsfenomen : atomer møtes og monteres; deres mobilitet avtar. Andre molekyler vil kunne bli med, vi snakker da om aggregering. Samlet sett beveger disse aggregatene seg lite, men kantene er veldig mobile (et fenomen referert til som "kantspredning".
Videre kan molekylenes termiske energi være slik at de forlater prøven: det er " desorpsjon ".
Til slutt kan noen aggregater skille seg, dette er da en dissosiasjon.
Mange materialer produseres i dag av epitaxy.
Dette er spesielt tilfelle med visse elektroniske komponenter eller solceller.