Épitaxie par jet moléculaire

L'épitaxie par jets moléculaires (ou MBE pour Molecular Beam Epitaxy) est une technique consistant à envoyer un ou plusieurs jets moléculaires vers un substrat préalablement choisi pour réaliser une croissance épitaxiale. Elle permet de faire croître des échantillons nanostructurés de plusieurs à une vitesse d'environ une monocouche atomique par seconde. Il est formé de deux parties essentielles : Un sas d’introduction équipé d’une pompe turbomoléculaire ; Une chambre de préparation qui contient : a) Un canon permettant le bombardement ionique des surfaces (ions Ar+ d’énergie comprise entre ) ; b) Un four permettant un chauffage jusqu'à en combinant l’effet Joule jusqu'à et le bombardement électronique au-dessus ; c) Un thermocouple et/ou un thermomètre infrarouge pour mesurer la température durant la croissance ; d) Une vanne de micro-fuite pour y introduire du gaz. L'opérateur désire presque toujours réaliser la croissance de matériaux solides à température ambiante. Il place pour cela les matériaux dans des creusets de PNB (nitrure de bore pyrolitique, stable et peu réactif jusqu'à 2000K) situés au sein d'une cellule de Knudsen. La température d'évaporation doit être précisément contrôlée car elle détermine le flux moléculaire arrivant sur l'échantillon. La croissance des matériaux doit être relativement lente, afin d'éviter que des molécules évaporées réagissent avec d'autres avant d'avoir atteint le substrat. L'opérateur s'assure que le libre parcours () moyen soit supérieur à la distance séparant la cellule de Knudsen au substrat. En pratique on fait en sorte que soit supérieur à . Si ces conditions sont observées on peut alors parler de « jets moléculaires ». On peut montrer que où est la distance à partir de laquelle on considère que les molécules sont en collision (on suppose les molécules sphériques de rayon , typiquement de quelques Ångström) est la densité d'atomes () Or la densité volumique d'atomes est directement proportionnelle à la pression () et à la température () selon où est la constante de Boltzmann.