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铠柏科技参加在2017年8月15-18日在山西太原举办的第十二届全国分子束外延学术会议,会议期间,美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士、被誉为“MBE技术之父”的卓以和院士前来铠柏科技展位参观,并对公司的MBE设备发展方向给了指导性意见。

上图:左一 铠柏科技董事长杨楷   左二 卓以和院士

扩展阅读:MBE是以真空蒸镀的方式进行磊晶,蒸发的分子以极高的热速率,直线前进到磊晶基板之上,以快门阻隔的方式,控制蒸发分子束,获得超陡界面。MBE的成长过程有反射高能量电子绕射振荡现象,使其具有在磊晶成长时监控磊晶层成长厚度的能力,其控制精确度,可以达到单原子层,因此可以轻易地成长超结晶格子结构。

生长一层薄薄的磊晶在半导体基板上,是半导体制程中一项很基本、也很重要的技术。但要磊晶层长得好,且能将其厚度及成分控制得恰到好处,就不是一件容易的事。在各种磊晶技术当中能够完全达到上述要求的,大概就只有分子束磊晶(molecular beam epitaxy,简称MBE)了。

分子束磊晶可说是近年来在半导体制程技术当中最重要的一项发展,它是在1970年代初期,由贝尔实验室的John Arthor及华裔的卓以和博士共同发展出来的。

这项技术抛弃了传统热平衡方式的磊晶成长,而采用真空蒸镀的方式。分子束磊晶的成长系统和成长方式可由附图显示。首先将待成长的芯片放置在一个超高真空(~10-10mmHg)的小室(chamber)中,所需成长的材料则放在小室一端的小炉子当中。当炉温升至一定高度时,炉中的材料会以原子束或分子束的形式蒸发出来,此时基板也被加热至一适当的温度。当分子束射至基板时,就会与基板表面的原子结合而形成磊晶。磊晶成长的速率完全由单位时间内射到基板表面的分子数目决定,这可以很容易的由装置成长材料炉子的炉温所控制,一般成长的速率约为一秒钟成长0.1层至3层原子。由于速度慢,所以可以很精确的控制磊晶层的厚度。每个炉子的前端有一扇门,门的开关决定了磊晶层的起始点和终止点,控制这些门的开关顺序就可以得到多层的磊晶结构。

分子束磊晶技术的发展将半导体元件带入一个崭新的领域。过去元件的大小用微米(10-6m)计算,以分子束磊晶技术所作出来的元件大小则可用埃(10-10m)来计算,我们甚至可以准确到用原子的层数来计算磊晶的厚度。当这些磊晶层薄到约100Å时,传统分析电子运动的方式已不再适用,而必须考虑到量子效应。许多在传统元件中无法表现出来的特性,此时都表现出来。如今利用这些量子效应所制作的元件,有许多已经优于传统的元件。例如量子井雷射,它的起振电流和量子效率均比传统的半导体雷射强许多;又如共振穿透元件,它所具备的负电阻效应是纯粹电子运动量子化后的结果,更是一般传统元件无法作到的。

分子束磊晶技术带给我们的不仅是最新的磊晶技术,更是半导体元件的一项革命。它带领我们进入量子元件的世界,对今后半导体技术发展的影响将是无比深远的。