Epitaxia fascicul molecular (MBE la Molecular Beam Epitaxy ) este o tehnică de a trimite unul sau mai multe jeturi moleculare către un substrat selectat anterior pentru a furniza o creștere epitaxială . Aceasta face posibilă creșterea probelor nanostructurate de câțiva cm 2 la o rată de aproximativ un monostrat atomic pe secundă.
Este alcătuit din două părți esențiale:
Operatorul dorește aproape întotdeauna să realizeze creșterea materialelor solide la temperatura camerei.
Pentru aceasta, el plasează materialele în creuzete de PNB ( nitrură de bor pirolitică, stabilă și nu foarte reactivă până la 2000K) situate în interiorul unei celule Knudsen.
Temperatura de evaporare trebuie controlată cu precizie, deoarece determină fluxul molecular care ajunge pe probă. Creșterea materialelor trebuie să fie relativ lentă, pentru a preveni reacția moleculelor evaporate cu altele înainte de a ajunge la substrat. Operatorul se asigură că calea liberă medie ( ) este mai mare decât distanța care separă celula Knudsen de substrat. În practică, ne asigurăm că este mai mare de 1 metru. Dacă se respectă aceste condiții, putem vorbi despre „jeturi moleculare”.
Putem arăta asta
sau
Cu toate acestea, densitatea volumului atomilor este direct proporțională cu presiunea ( ) și temperatura ( ) în funcție de unde este constanta Boltzmann .
Celulele Knudsen au obturatoare pentru controlul creșterii. Timpul de închidere al acestor obloane este în general mai mic de o secundă și, prin urmare, în general mai mic decât timpul necesar pentru crearea unui monostrat. Creșterea lentă are ca rezultat heterojuncții clare în materialele multistrat.
De asemenea, face posibilă controlul unui dopaj omogen al materialului.
De asemenea, permite măsurători în timp real, în timpul creșterii ( vezi punctul următor ).
Cu toate acestea, o rată de creștere scăzută implică o atmosferă foarte pură, altfel impuritățile vor contamina eșantionul în mod semnificativ. Prin urmare, mai multe sisteme de pompare păstrează o presiune reziduală mai mică de 10 −8 Pa .
MBE face, de asemenea, posibilă controlul in situ a condițiilor de creștere datorită difracției electronilor cu energie ridicată în incidența pășunatului (RHEED). Diagramele de difracție oferă informații în direct cu privire la starea suprafeței, în special cu privire la reconstrucții.
Cele mai frecvente măsurări în timp real în MBE sunt:
Creșterea suprafeței este un proces dinamic (nu static). O moleculă care ajunge la suprafață nu se lipeste pur și simplu de ea. De obicei, moleculele se vor difuza datorită energiei lor termice atunci apare un fenomen de nucleație : atomii se întâlnesc și se asamblează; mobilitatea lor scade. Alte molecule se vor putea uni, vorbim apoi de agregare. La nivel global, aceste agregate se mișcă puțin, dar marginile lor sunt foarte mobile (fenomen denumit „împrăștiere a muchiilor”).
Mai mult, energia termică a moleculelor poate fi astfel încât să părăsească proba: există „ desorbție ”.
În cele din urmă, unele agregate se pot separa, aceasta este apoi o disociere.
Multe materiale sunt produse astăzi de epitaxie.
Acesta este în special cazul anumitor componente electronice sau celule fotovoltaice.