Epitaxe z molekulárních svazků (MBE na molekulární Beam Epitaxe ) je technika posílání jedné nebo více molekulárních trysky směrem k předem zvolené substrátu pro zajištění růstu epitaxiální . Umožňuje pěstovat nanostrukturované vzorky několika cm 2 rychlostí přibližně jedné atomové monovrstvy za sekundu.
Skládá se ze dvou základních částí:
Provozovatel téměř vždy touží dosáhnout růstu pevných materiálů při pokojové teplotě.
Za tímto účelem umístí materiály do kelímků PNB ( pyrolitický nitrid boru , stabilní a málo reaktivní až do 2 000 K) umístěných v Knudsenově cele.
Teplota odpařování musí být přesně řízena, protože určuje molekulární tok přicházející do vzorku. Růst materiálů musí být relativně pomalý, aby se zabránilo reakci odpařených molekul s ostatními před dosažením substrátu. Operátor zajistí, aby střední volná cesta ( ) byla větší než vzdálenost oddělující Knudsenovu buňku od substrátu. V praxi se ujistíme, že je větší než 1 metr. Pokud jsou tyto podmínky dodrženy, můžeme hovořit o „molekulárních tryskách“.
To můžeme ukázat
nebo
Avšak objemová hustota atomů je přímo úměrná tlaku ( ) a teplotě ( ) podle toho, kde je Boltzmannova konstanta .
Knudsenovy buňky mají obturátory pro řízení růstu. Uzavírací doby těchto uzávěrů jsou obecně kratší než jedna sekunda, a proto obecně kratší než čas potřebný k vytvoření monovrstvy. Pomalý růst vede k jasným heterojunkcím ve vícevrstvých materiálech.
Umožňuje také kontrolovat homogenní dotování materiálu.
Umožňuje také měření v reálném čase, během růstu ( viz další bod ).
Nízká rychlost růstu však znamená velmi čistou atmosféru, jinak by nečistoty významně kontaminovaly vzorek. Několik čerpacích systémů si proto udržuje zbytkový tlak menší než 10 −8 Pa .
MBE také umožňuje kontrolovat podmínky růstu in situ díky vysokoenergetické pastvě s dopadem elektronové difrakce (RHEED). Difrakční diagramy poskytují aktuální informace o stavu povrchu, zejména o rekonstrukcích.
Nejběžnější měření v reálném čase v MBE jsou:
Růst povrchu je dynamický (ne statický) proces. Molekula dosahující povrchu se ho jednoduše nelepí. Molekuly obvykle difundují díky své tepelné energii, pak se objeví nukleační jev : atomy se setkávají a shromažďují; jejich mobilita klesá. Budou se moci připojit další molekuly, pak mluvíme o agregaci. Globálně se tyto agregáty pohybují málo, ale jejich okraje jsou velmi mobilní (jev označovaný jako „rozptyl okrajů“).
Kromě toho může být tepelná energie molekul taková, že opouštějí vzorek: dochází k „ desorpci “.
Nakonec se některé agregáty mohou oddělit, pak se jedná o disociaci.
Mnoho materiálů se dnes vyrábí epitaxí.
To platí zejména u určitých elektronických součástek nebo fotovoltaických článků.