MBE技術是在超高真空條件下，用其組元的分子（或原子）束噴射到襯底上生長外延薄層的技術。
現代MBE生長系統的背景真空度可達 1.33×10-10Pa，分子束與分子束以及分子束與背景分子之間不發生碰撞。
MBE技術的關鍵
III,V族元素分別加熱到溫度Ti,Tj形成的束 引入到溫度為Ts的襯底上生長薄膜，要仔細 選擇Ts，使多余的V族元素從襯底表面蒸發以生長化學配比材料
合適的生長溫度使吸附的原子有足夠的能量 遷移到合適的平衡位置進行外延生長
溫度太低：可能生長出多晶或非晶
溫度過高：會使吸附的原子再次蒸發而脫附
MBE設備
真空系統、生長系統、監控系統
生長系統：進樣室、預處理室（襯底存儲室）、生長室
監控系統：
四極質譜儀：真空度檢測，監測殘余氣體和分子束流的成分
電離計：測量分子束流量
電子衍射儀：觀察晶體表面結構以及生長表面光潔平整度
俄歇譜儀：檢測表面成分、化學計量比和表面沾污等
生長過程與生長原理
生長過程：
1.源蒸發形成具有一定束流密度的分子束并高真空下射向襯底；
2.分子束在襯底上進行外延生長
從生長過程看，MBE有三個基本區域：
分子束產生區、各分子束交叉混合區、反應和晶化過程區
MBE生長的動力學過程
1.從源射出的分子束撞擊襯底表面被吸附
2.被吸附的分子（原子）在表面遷移、分解
3.原子進入晶格位置發生外延生長
4.未進入晶格的分子因熱脫附而離開表面
粘附系數
粘附系數=生長在襯底上的分子數/入射分子數
Ga與GaAs襯底表面發生化學吸附，一般吸附系數為1
V族原子（As）先是物理吸附，經過一系列物理化學過程后轉為化學吸附，其粘 附系數與襯底表面狀態及襯底溫度有關
不同的As源對應不同的物理化學過程
Ga源：Ga
As源：As 或GaAs
As: As4分子束，
缺點：束流大，難于控制，特別是對As+P固溶體無法控制比例
優點：可分別控制Ga和As
GaAs: As2分子束
優點：束流大小合適，易于控制
缺點：無法分別控制Ga和As
GaAs源
襯底溫度在775k～800k時，按Ga:As=1:10 射Ga,As可得到Ga:AS為1:1的GaAs,As2的粘附 系數為0.1～0.15
As源
沒有Ga束入射時， As4的粘附系數為0，
有Ga束入射時， As4的粘附系數增大
450K以下時，As4不分解
450k以上時， As4能發生分解而生成As
MBE技術的主要特點
1. 在超高真空下生長，污染很少，可生長出高純度外延材料
2. 生長速度為一般為0.1～10個單原子層/s，通 過擋板的快速開關可實現束流的快速切換從而 達到外延層厚度、組分、摻雜的精確控制
3. 襯底溫度低，可減少異質結界面的互擴散、易于生長突變結
4. MBE生長不是熱平衡條件下進行的，可生長按 普通熱平衡方法難以生長的薄膜材料。易于生長多種新型材料
5. MBE生長為二維生長模型，使外延層的表面 界面具有原子級的平整度（RHEED強度周期性 地對應于單分子層的厚度）
6. 高真空，可用多種表面分析儀器對外延生長過 程進行實時原位監測并隨時提供有關生長速度、外延層表面形貌、組分等各種信息，便于進行生長過程和生長機理的研究
7. MBE設備可與其他半導體工藝設備實行真空連 接，使外延材料生長、蒸發、離子注入及刻蝕 等在真空條件下連續進行，提高器件性能及成品率
化學束外延生長CBE
產生背景：MBE使用固態源，生長相關固溶體 時，不易通過加熱As，P固態源精確，重復控制其組分比
CBE：氣態源MBE MO-MBE
用III族元素的MO源代替Al,Ga,In等固態源
用AsH3,PH3代替V族元素源
在MBE生長系統中進行外延生長
基本上綜合了MBE與MOVPE技術的優點，特別適 合于MBE難以生長的具有高蒸氣壓的磷化物材料。
比較MBE、MOVPE與CBE的生長機理
MBE：III族元素以原子或分子束形式射向襯 底，吸附→晶化（脫附）
MOVPE：MO在氣流中和襯底表面兩處進行熱分 解的過程，在氣流中分解生成的III族原子通 過邊界層擴散到達襯底表面
CBE：MO只在襯底表面熱分解，不存在邊界層
原子層外延（Atomic layer epitaxy）、分子層外延MLE
組成化合物的兩種元素源（氣或束流）分別 引入生長室，交替在襯底上沉積。每交替（引入）一次就在襯底上外延生長一個單分 子層，外延生長的速度取決于組元在襯底上 交替吸附所需時間
實際生長中可采用脈沖輸送源的方式
ALE是一種生長“模式”，它沒有自己“專用”設備，VPE、MBE、CBE設備均可進行ALE生長
1.ALE的生長機理
2.ALE的生長自動停止機構（SLM）
以Ga、In及As、P元素為源的情況As、P較高的蒸氣壓起SLM作用
以TMG為源的情況
TMG為電子的接受體，As是電子的給予體烷基R起SLM作用
ALE外延技術的特點
1. 精確的厚度控制和良好的重復性
2. 由于是單層生長，易于生長具有原子級突變結界面
3. 外延層厚度均勻性好，基本不受基座結構和氣流形狀、流速等參數影響，總厚度只 取決于交替生長的周期數，有“數字外延” 之稱
4. 表面質量好，可生出鏡面式外延層表面
