分子束外延(Molecular beam epitaxy, MBE）
I. MBE外延简介
分子束外延于高真空或超高真空(ultra-high vacuum，10-10帕斯卡)的环境进行。分子束外延最重要的方面是其低沉积率，通常使薄膜以每小时低于3000 nm速度磊晶生长。如此低的沉积率要求真空程度足够高，以达到其他沉积方式同等级别的洁净程度。
在固体源的分子束外延过程中，如镓、砷元素会以超纯(Ultra pure)的形式在独立的石英克劳森容器(Knudsen Cell)中被加热，直到它们开始缓慢升华。然后这些气态物质会在对应的晶圆上凝结。以Ga、As为例，上述作用会产生单晶GaAs。
"分子束"意味着外延过程中气体原子并不产生相互作用，也不与真空室物质反应，除非它们接触到相应的衬底，因为这些气体具有较长的平均自由程。
外延过程中，反射高能电子衍射(Reflection high-energy electron diffraction，RHEED)常被用来检测晶体层次的生长。因为MBE外延是一种二维生长模型，RHEED强度周期性就反应了晶体表面结构和生长表面的光洁原子级的平整度。(电子束打到正在外延过程中的衬底上时，假如较为平整就会出现周期性强度增强的衍射光束，这就反应了前期准备适当，外延情况较好)
MBE外延过程中对材料厚度、组分、掺杂的控制通过计算机控制反应室内的"阀门"来实现。通过原料挡板的快速开关来实现束流的快速切换，从而实现对每个层次的精确控制，其精度可达到单层原子级别。这种方式可以生长一些复杂结构如量子阱(Quantum Well)、量子点(Quantum dot)或者超晶格结构，将电子束缚在一定的空间内，实现复杂的光电器件。
Ⅱ. Ⅲ-Ⅴ族材料的MBE外延
Ⅲ-Ⅴ族元素在容器中被加热到Ti，Tj温度，形成的束流引入到温度为Ts的对应衬底上进行外延。
Ts温度非常重要，一方面能使多余的Ⅴ族元素从衬底蒸发以生长化学配比材料；另一方面合适的生长温度能使吸附的原子有足够的能量跃迁到平衡位置进行生长。
温度过高会使吸附的原子再次蒸发而发生脱附；温度太低会使生长材料出现非晶或是多晶的状况！
MBE生长过程与生长原理
源蒸发形成具有一定束流密度的分子束并在高真空环境下射向衬底；
分子束在对应衬底上进行外延，其中分为三个基本区域：分子束产生区；分子束交叉混合区；反应和晶化过程区
从源射出的分子束撞击衬底表面并被吸附；
被吸附的分子(原子)在表面迁移、分解；
原子进入晶格位置发生外延生长；
未进入晶格的分子因热脱附而离开表面。
这其中涉及一个粘附系数，其定义为：生长在衬底上的分子数/入射分子数
以GaAs为例，Ga与GaAs衬底表面发生化学吸附，一般吸附系数为1，也就是100%吸附。
而Ⅴ族元素As原子先是物理吸附，经历一系列物理化学过程后转为化学吸附，其粘附系数与衬底表面状态和温度有关。一般As源分为As和GaAs，采用As形成As4分子束，缺点时束流大，难以控制，特别束As+P固溶体无法控制比例；优点是可以分别控制Ga/As源，没有Ga束入射时，As4的粘附系数为0；有Ga束入射时，粘附系数增大。450K以下，As4不分解；450K以上As4分解生成As。采用GaAs形成As2分子束的优点为束流大小合适，易于控制。缺点是无法分别控制。
在衬底温度775K-800K时，按Ga：As=1：10入射时，可以得到Ga：As为1：1的GaAs，As2的粘附系数为0.1-0.15。
比较MBE、MOVPE与CBE的生长机理
MBE：III族元素以原子或分子束形式射向衬底，吸附→晶化（脱附）；
MOVPE：MO在气流中和衬底表面两处进行热分解的过程，在气流中分解生成的III族原子通过边界层扩散到达衬底表面，归类于沉积方式；
CBE(化学束外延)：MO只在衬底表面热分解，不存在边界层；
ALE(Atomic layer epitaxy，原子层外延)：组成化合物的两种元素源（气或束流）分别引入生长室，交替在衬底上沉积。每交替 （引入）一次就在衬底上外延生长一个单分子层，外延生长的速度取决于元素在衬底上交替吸附所需时间，实际生长中可采用脉冲输送源的方式。
III. ATG不稳定性
ATG不稳定性，全称阿萨罗-蒂勒-格林菲尔德不稳定性（Asaro-Tiller-Grinfeld instability），或简称为格林菲尔德不稳定性，是分子束外延过程中经常遇到的一种弹性不稳定状况。假设生长的薄膜和支撑晶体的晶格尺寸错位（mismatch），弹性能量将会在生长的薄膜上积累。当其达到一定的转折量时，薄膜可以通过分裂为几个孤立块的方式，使自由能量的数值降低，这样积累的张力就可以得以释放。上述的“转折量”的数值取决于材料的杨氏模量()Young's modulus)、错位的尺寸以及表面张力。
已经有不少关于ATG不稳定性在应用方面的研究正在进行，例如量子点的自组装（self-assembly）
IV. MBE设备
1.真空系统
2.生长系统：进样室、预处理室（衬底存储室）、生长室
3.监控系统：四极质谱仪-真空度检测，监测残余气体和分子束流的成分；电离计-测量分子束流量；电子衍射仪-观察晶体表面结构以及生长表面光洁平整度；俄歇谱仪-检测表面成分、化学计量比和表面沾污等。
ST K-Cell Evaporator的沉积速率是由坩埚温度决定的，通过使用热偶和温控仪准确地控制熔炉的温度。
产品名称：蒸发源
产品用途：ST Effusion-Cell 蒸发源良好的设计使其作为一个稳定的高温炉，可以用来可控地蒸发多种材料。独特的套筒设 计为用户提供了更多的灵活性，当用户需要不同的沉积材料时，熔炉和坩埚都可被任意更换。
工作电压：0～70VDC
工作压力范围：10-2Pa ～10-8Pa
工作电流：0～15A
极限真空可达：10-10Pa
