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第二章 材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相－固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 2.4.1 真空蒸发镀膜 2.4.2 溅射和激光脉冲沉积 2.4.3 化学气相沉积 2.4.4 分子束外延 分子束外延的另一个独特优点，是它的生长速率可以调节得很慢，使得外延层厚度可以得到精确控制，生长表面或界面可达到原子级光滑度，因而可制备极薄的薄膜；由于吸附原子有较宽裕的表面扩散时间来“找到”最低能量位置，分子束外延的生长温度一般比较低，这就能把诸如扩散这类不希望出现的热激活过程减少到最低；另外，只要加上带有合适闸门的源箱，就能很方便地引入不同种类的分子束，为在较大范围内控制薄膜的组分和掺杂浓度，研制具有复杂剖面分布的结构提供了条件。分子束外延还具有生长技术要素独立可控的特点，这在生长技术和生长机理的研究中非常有用。 * 第二章 材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相－固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 2.4.1 真空蒸发镀膜 2.4.2 溅射和激光脉冲沉积 2.4.3 化学气相沉积 2.4.4 分子束外延 分子束外延设备有很多种，但其结构是大同小异的。以图2.16示出的一种典型的分子束外延生长系统为例，这种分子束外延生长系统是用标准机械系和吸附泵预抽真空后，再用离子泵结合钛升华泵抽真空。整个真空系统在250?C下烘烤24小时后，本底压强可达到1.33?10?8Pa。 图2.16 分子束外延生长系统示意图 * 第二章 材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相－固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 2.4.1 真空蒸发镀膜 2.4.2 溅射和激光脉冲沉积 2.4.3 化学气相沉积 2.4.4 分子束外延 残留气体，按分压大小，主要有CO、H2O、H2、CH4和CO2。如用液N2冷却，CO2和H2O能急剧减少，但CO仍然是主要的玷污源，很难从系统中排清。 图2.16 分子束外延生长系统示意图 * 第二章 材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相－固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 2.4.1 真空蒸发镀膜 2.4.2 溅射和激光脉冲沉积 2.4.3 化学气相沉积 2.4.4 分子束外延 分子束外延生长室主要由三大部分组成，即源发射炉、衬底夹和加热器，以及监控设备。外延生长所使用源的炉子通常是由热解氮化硼或高纯石墨制成，包括一个内坩埚和一根外管，外管上绕以钽丝进行电阻加热。炉子设有双层钽箔制成的热屏蔽。炉子中可以装生长源，例如生长砷化镓时分别装镓和砷，也可以装掺杂剂，以控制掺杂种类和浓度。 * 第二章 材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相－固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 2.4.1 真空蒸发镀膜 2.4.2 溅射和激光脉冲沉积 2.4.3 化学气相沉积 2.4.4 分子束外延 通常在每个炉子外面均安装液N2套筒以捕获未被衬底吸附的分子，每一个炉子都备有单独的热电偶和射束闸门。对于衬底夹和加热器来说，最重要的考虑是整个衬底表面温度的均匀性。通常以钽丝或钼丝做加热丝，缠绕在一块氮化硼板上，装入钽盒，钽盒直接与一钼块接触，衬底用一层纯镓或Ga-In合金粘贴在该钼块上。衬底夹既要使衬底保持一定位置，防止其横向移动，又要保证单晶衬底在三维空间里转动和移动灵活，以利于分析研究。 * 第二章 材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相－固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 2.4.1 真空蒸发镀膜 2.4.2 溅射和激光脉冲沉积 2.4.3 化学气相沉积 2.4.4 分子束外延 监测、分析和控制装置已成为现代分子束外延系统必不可少的部分。质谱仪不仅能检测淀积射束，而且还能检测周围环境中的残留分子。控制器可根据热电偶的读数校正源炉和衬底的温度。离子溅射枪主要用来在淀积前净化衬底表面，它与质谱仪结合也可以进行成分分析，即所谓二次离子质谱测定法。当前实用上最重要的监控装置司算反射式高能电子衍射仪(RHEED)，可以实时提供有关表面重构、显微结构和表面光滑度的信息，同时也给出厚度和组分变化信息。有些检测设备目前还不能在分子束外延生长过程中实时使用，往往是在外延过程中临时中断或外延结束后进行原位分析。 * 第二章 材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.