Techniklexikon

Effusionszelle

Oberflächen- und Grenzflächenphysik, Gerät zum Verdampfen der Quellenmaterialien in der Molekularstrahlepitaxie bzw. bei der Herstellung dünner Schichten im Ultrahochvakuum. Sie besteht aus einem Tiegel (meist aus pyrolytischem Bornitrid (PBN)), in dem das Quellenmaterial in fester Form eingelagert ist. Der Tiegel wird von einem Heizdraht umgeben und ist zur Temperaturbestimmung mit einem Thermoelement versehen. Die ganze Zelle ist zur thermischen Isolierung von einer Wasserkühlung umgeben (Abb.). Man benutzt heute im wesentlichen Langmuir-Zellen, d.h. Zellen mit grosser Öffnung, die im Gegensatz zur Knudsen-Zelle nicht im thermodynamischen Gleichgewicht arbeiten. Alle in einer Effusionszelle verwendeten Materialien müssen einen sehr niedrigen Dampfdruck bei Betriebstemperaturen bis ca. 1400 °C haben und dürfen nicht mit dem Quellmaterial reagieren. Die Herstellung qualitativ guter Schichten erfordert reproduzierbare Temperatureinstellungen mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1 °C bei ca. 1000 °C Betriebstemperatur. Eine Sonderform der Effusionszelle ist die sog. Cracker-Zelle, die molekular verdampfende Quellmaterialien, z.B. As in der III-V-MBE, in einer Zone mit erhöhter Temperatur zerlegt. In der Si-MBE werden häufig Effusionszellen verwendet, in denen die Verdampfung des Quellmaterials durch Elektronenbeschuss erfolgt.

Effusionszelle: Schematische Darstellung einer Effusionszelle, wie sie in der Molekularstrahlepitaxie eingesetzt wird.