Epitassia da fasci molecolari

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Schema di un sistema MBE

L'epitassia da fasci molecolari (MBE, dall'inglese Molecular Beam Epitaxy) è una tecnica che permette la crescita di sottili strati di materiali cristallini su substrati massivi. La tecnica, basata su concetti espressi negli anni '50, si è sviluppata dopo il 1970 quando si sono resi disponibili sistemi che permettono il vuoto necessario alla sua operatività.

La caratteristica principale della MBE è infatti quella di operare in condizioni di alto vuoto nel quale non si hanno urti tra le molecole o gli atomi degli elementi che incidono sul substrato. Il vuoto base, quello cioè che si ha con sorgenti non attive, è dell'ordine di 10−10 torr, che permette di ottenere materiali di alta purezza. L'uso di un ambiente in alto vuoto permette inoltre di monitorare la crescita del materiale in tempo reale tramite la diffrazione di elettroni, cosa non possibile con le tecniche che operano a pressioni maggiori.

Questo monitoraggio in tempo reale, unito alla bassa velocità di crescita che si può avere (anche inferiore a 0,1 nm/s), permette di controllare lo spessore dello strato cresciuto con precisione inferiore allo spessore del singolo monostrato atomico del materiale in crescita. Un'altra importante caratteristica della tecnica è che opera in condizioni di non-equilibrio termodinamico, cosa che permette la crescita di leghe di materiali non miscibili in fase liquida o gassosa, allargando quindi le possibilità di costruire materiali artificiali.

Gli elementi e i composti da usare per la crescita del cristallo sono contenuti all'interno di camere ermetiche che si affacciano al reattore attraverso otturatori. La temperatura delle camere è controllata con grande precisione perché da questa dipende la pressione del vapore e quindi la densità del flusso di molecole che fuoriesce all'apertura dell'otturatore. Dalla densità del flusso dipende la composizione del cristallo risultante.

La MBE viene usata in grande prevalenza nell'ambito dei semiconduttori, ma viene anche applicata per la crescita di metalli e ossidi conduttori.

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