2.2.2.2 Молекулярно-лучевая эпитаксия

Молекулярно-лучевой эпитаксией называется метод выращивания эпитаксиальной пленки на монокристаллической подложке посредством конденсации одного или нескольких направленных пучков атомов (а в определенных случаях — и молекул), испаряемых из источника с узким отверстием для выхода

паров в сверхвысоковакуумной системе. Пучок паров низкой плотности получают с помощью точечного испарителя, внутри которого пары находятся под высоким давлением. Молекулярно-лучевая эпитаксия относится к низкоскоростным методам осаждения, однако важное достоинство этого метода состоит в том, что он позволяет осуществлять весь комплекс исследований, требующих условий сверхвысокого вакуума, и получать информацию о структуре, топографии, элементном составе, распределении элементов и о химическом состоянии поверхности пленки в процессе ее роста. Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии может содержать масс-спектрометр с квадрупольным фильтром масс для анализа состава паровой фазы, ионный источник, масс-спектрометр для исследования вторичных ионов, сканирующий оже-микроанализатор, а также аппаратуру для изучения пленок методами электронной спектроскопии для химического анализа, дифракции медленных и быстрых электронов. Поддерживая скорость осаждения на низком уровне и используя сверхчистые подложки, можно выращивать эпитаксиальные пленки с высокой степенью совершенства структуры при относительно низкой температуре подложки. При осаждении многокомпонентных соединений возможны в буквальном смысле послойный контроль и управление процессами конденсации и химического взаимодействия различных адсорбированных атомов.

Очень низкие скорости осаждения при молекулярно-лучевой эпитаксии позволяют получать многослойные структуры на основе одного или нескольких материалов с заранее предусмотренной последовательностью слоев, имеющих толщину примерно от 1 нм до нескольких микрометров, благодаря чему возможно создание сверхрешеток, гетероструктур, гетеропереходов и структур с плавно изменяющимися составом или свойствами. Формирование структуры может быть завершено осаждением слоя материала с необходимыми свойствами, обеспечивающего пассивацию, защиту поверхности или изменение работы выхода. Помимо этого посредством использования соответствующих масок и заслонок или путем «вычерчивания» заданного рисунка с помощью сфокусированного узкого (диаметром ~ 10 мкм и менее) пучка пара можно получать пленки с объемным рельефом.

Метод молекулярно-лучевой эпитаксии, требующий применения сложного дорогостоящего оборудования, в основном используется для проведения фундаментальных исследований процесса эпитаксиального осаждения и в некоторых областях микроэлектроники. Несомненно, представляет интерес идея использования сфокусированных пучков пара, процесс конденсации которых можно регулировать, для изучения многопереходных солнечных элементов новой структуры или нового типа.

Метод молекулярно-лучевой эпитаксии и его упрощенные модификации широко применяются для осаждения соединений элементов II—VI и III—V групп, в частности трехкомпонентных соединений на основе и гетероструктур, в состав которых входят четырехкомпонентные соединения . С помощью молекулярно-лучевой эпитаксии получают солнечные элементы со структурой Этот метод и области его применения рассмотрены Эсаки и Чангом [9] и Артуром [10].