ニュース - 半導体・チップ産業における分子線エピタキシーと液体窒素循環システム

分子線エピタキシー（MBE）の概要

分子線エピタキシー（MBE）技術は、真空蒸着技術を用いて半導体薄膜材料を作製するために1950年代に開発されました。超高真空技術の発展に伴い、その応用範囲は半導体科学分野へと拡大しました。

半導体材料研究の動機は、システムの性能向上につながる新しいデバイスへの需要です。そして、新しい材料技術は、新たな装置や技術を生み出す可能性があります。分子線エピタキシー（MBE）は、エピタキシャル層（通常は半導体）を成長させるための高真空技術です。この技術では、原料となる原子または分子の熱ビームを単結晶基板に照射します。このプロセスの超高真空特性により、新たに成長した半導体表面上でのその場メタライゼーションと絶縁材料の成長が可能になり、汚染のないインターフェースが得られます。

MBEテクノロジー

分子線エピタキシーは高真空または超高真空（1 x 10^-8真空環境は、真空度が1000Pa（1000万分の1）以下という条件で実現されます。分子線エピタキシー法の最も重要な点は、その低い堆積速度です。通常、この低い堆積速度では、膜は1時間あたり3000nm未満のエピタキシャル成長しかできません。このような低い堆積速度を実現するには、他の堆積方法と同等の清浄度を達成するために、十分に高い真空度が必要です。

上述の超高真空を実現するために、MBE装置（クヌーセンセル）には冷却層が設けられており、成長チャンバー内の超高真空環境は液体窒素循環システムによって維持される必要がある。液体窒素は装置内部の温度を77ケルビン（-196℃）まで冷却する。低温環境は真空中の不純物含有量をさらに低減し、薄膜堆積に適した条件を提供する。そのため、MBE装置には専用の液体窒素冷却循環システムが必要であり、-196℃の液体窒素を継続的に安定的に供給する必要がある。