Usuário(a):Amos Silva/Epitaxia por feixe molecular
A epitaxia por feixe molecular, mais conhecida como MBE (molecular-beam epitaxy) é um método para para de deposição epitaxial de filmes finos que utiliza uma ou mais fontes de feixes moleculares que incidem sobre uma superfície cristalina, denominada substrato. O processo do MBE foi desenvolvido no final dos anos 1960 na Bell Telephone Laboratories por JR Arthur e Alfred Y. Cho [1] [2] e é amplamente utilizado na fabricação de semicondutores, incluindo transistores, e é considerado uma das ferramentas fundamentais para o desenvolvimento de equipamentos eletrônicos e nanotecnologias.[3]
Método[editar | editar código-fonte]
A epitaxia de feixe molecular utiliza como fonte de material para a deposição, células de Knudsen, fazendo com que o material a ser depositado seja lançado no sistema em como um feixe colimado. Este feixe de partículas adentra em uma região de alto vácuo ou vácuo ultra-alto (10 −8 – 10 −12 Torr ) o que garante que no trajeto entre a saída da célula de Knudsen e o substrato as partículas não colidirão umas com as outras nem com os gases da câmara de vácuo, garantindo o seu trajeto como feixe molecular.
Um dos aspectos mais importantes do MBE é a baixa taxa de deposição (tipicamente menos de 3.000 nm por hora) o que permite que os filmes cresçam epitaxialmente. Taxas de deposição desta magnitude requerem um sistemas vácuo proporcionalmente melhores para atingir os mesmos níveis de impurezas que outras técnicas de deposição, no entanto, a ausência de gases de arraste para a deposição,bem como o ambiente de vácuo ultra-alto, possibilitam a obtenção de uma das mais altas purezas alcançáveis no processo de deposição de filmes finos.
Em MBE com fonte sólida, elementos como gálio e arsênio, em forma ultra pura, são aquecidos em células de efusão de Knudsen separadas ou evaporadores de feixe de elétrons até começarem a sublimar lentamente. Os elementos vapores gerados, em seguida, se movimentam até o substrato onde condensam novamente e podem reagir uns com os outros. No exemplo do gálio e do arsênio, pode-se obter o arseneto de gálio monocristalino. Quando são usadas fontes de evaporação, como cobre ou ouro, os elementos gasosos que se chocam na superfície podem ser adsorvidos, para posteriormente serem incorporados ou mesmo dessorvidos. O controle destes fenômenos pode ser realizado através de controles de temperatura. O controle da temperatura da fonte controlará a taxa de material vaporizando na célula de Knudsen e consequentemente a taxa de material colidindo na superfície do substrato, sendo que e a temperatura do substrato afetará o comprimento de difusão superficial para encontro de sítios de menor energia e posterior incorporação epitaxial ou dessorção.
Durante o processo de deposição de filmes finos por MBE comumente se utiliza a metodologia RHEED (reflection high-energy electron difraction), para se monitorar o crescimento do filme, o que é de grande valia, uma vez que devido a alta energia dos elétrons esta metodologia fornece apenas dados relativos à camada de material mais recente depositada, sendo um monitoramento da deposição em tempo real. Juntamente com isto, Um computador controla o fechamento das células de Knudsen, o que permite um controle preciso da espessura de cada camada, chegando até mesmo à monocamadas atômicas.
Isto permite a fabricação de estruturas complexas, com camadas de diferentes materiais e variadas espessuras. Tal controle tem permitido o desenvolvimento de estruturas com confinamento espacial de elétrons, como poços quânticos ou até mesmo pontos quânticos . Tais camadas são agora uma parte crítica de muitos dispositivos semicondutores modernos, incluindo lasers semicondutores e LEDs.
Vale ressaltar que a epitaxia por feixe molecular também é usada para a deposição de alguns tipos de semicondutores orgânicos . Neste caso, moléculas, em vez de átomos, são evaporados nas células de Knudsen e depositadas no substrato, o que possibilita a fabricação de LEDs orgânicos e consequentemente a criação de telas flexíveis e outras inovações tecnológicas.
Os sistemas MBE também podem ser modificados de acordo com a necessidade, passando pela utilização de de diversos materiais para a deposição, como fontes de oxigênio, por exemplo, que pode ser incorporado para a deposição de óxidos para eletrônica avançada e outras aplicações até a utilização de câmaras sucessivas, em que um subtrato entra no sistema e recebe deposições sucessivas em diferentes câmaras através de um processo automatizado
Referências[editar | editar código-fonte]
- Jaeger, Richard C. «Film Deposition». Introduction to Microelectronic Fabrication. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-201-44494-0 Jaeger, Richard C. «Film Deposition». Introduction to Microelectronic Fabrication. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-201-44494-0 Jaeger, Richard C. «Film Deposition». Introduction to Microelectronic Fabrication. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-201-44494-0
- «MBE Deserves a Place in the History Books». Nature Nanotechnology. 2. Bibcode:2007NatNa...2..259M. PMID 18654274. doi:10.1038/nnano.2007.121
- «Spontaneous ordering of nanostructures on crystal surfaces». Reviews of Modern Physics. 71. Bibcode:1999RvMP...71.1125S. doi:10.1103/RevModPhys.71.1125
- «Structural properties of self-organized semiconductor nanostructures». Reviews of Modern Physics. 76. Bibcode:2004RvMP...76..725S. doi:10.1103/RevModPhys.76.725
- ↑ «Molecular beam epitaxy». Prog. Solid State Chem. 10. doi:10.1016/0079-6786(75)90005-9
- ↑ Wang, G.-C. (Gwo-Ching), 1946-. Rheed transmission mode and pole figures : thin film and nanostructure texture analysis. New York: [s.n.] ISBN 9781461492870. OCLC 868924191
- ↑ McCray, W. Patrick (maio de 2007). «MBE deserves a place in the history books». Nature Nanotechnology (em inglês). 2 (5): 259–261. ISSN 1748-3387. doi:10.1038/nnano.2007.121