Epitaxia por feixe molecular
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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 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. Embora o processo básico de MBE, evaporação em ultra alto vácuo , já tivesse sido utilizado anteriormente não foi até os trabalhos de Arthur e Cho que um entendimento mais profundo de como o processo poderia ser utilizado para o crescimento de filmes de semicondutores evolui. Usando espectrometria de massa e técnicas de análise de superfície, eles estudaram o processo de crescimento do filme de arseneto de gálio ao nível da camada atômica. Trabalhos estes que prepararam terreno para o desenvolvimento de equipamentos específicos para o crescimento de filmes epitaxiais em ultra alto vácuo. Posteriormente, Chang e outros aprimoraram ainda mais o processo em direção ao que reconhecemos hoje como MBE.
Imagem: P. Frigeri, L. Seravalli, G. Trevisi, S. Franchi. Molecular Beam Epitaxy: An Overview Comprehensive Semiconductor Science and Technology, Volume 3, 2011, p. 480-522. · BY-SA · Openverse
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.
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Apesar de a epitaxia por feixe molecular tenha possibilitado a fabricação de materiais e estruturas de dispositivos que não eram possíveis anteriormente, muitos dos primeiros marcos no crescimento de compostos semicondutores foram obtidos usando outras técnicas de crescimento epitaxial de filmes. Essas tecnologias de deposição alternativas podem ser agrupadas em processos epitaxiais em fase líquida (LPE) e epitaxiais em fase de vapor (VPE), sendo uma delas conhecida como MOVPE (VPE de organometálico) ou MOCVD (deposição química em fase de vapor de organometálico). Cada um desses processos epitaxiais tem vantagens e desvantagens distintas mas a sua comparação em termos gerais será mostrada na tabela abaixo. Desta tabela pode-se perceber não algumas das vantagens do MBE em realção a outras técnicas, como a menor temperatura de crescimento e menor taxa de crescimento, o que possibilita também um maior controle da espessura do filme depositado.
Devido as vantagens da deposição por epitaxia de feixe molecular muitos dispositivos eletrônicos são fabricados utilizando esta técnica, como os listados a seguir: Estes são apenas alguns dos dispositivos fabricados com esta técnica, havendo muitos outros devido a versatilidade do processo construtivo através do MBE.
