更新时间：2022-08-25 18:07
分子束外延设备有很多种。但就其主要结构而论是大同小异的。分子束外延的设备较其他外延技术的设备复杂，要包括超高真空系统努森箱及各种分析仪器。从MBE技术的发展过程看，当初主要是为开发以GaAs为中心的Ⅲ-V族化合物半导体，而后是针对Ⅱ-Ⅵ族和Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体，最近正转向针对Si半导体器件的应用开发。从MBE装置的角度看，逐步从单纯研究用装置向批量生产用装置进展。
第一代MBE装置如图1所示。在同一个超高真空室中安装了分子束源、可加热的基片支架、四极质谱仪、反射高能电子衍射装置(RHEED)、俄歇电子谱仪、二次离子质量分析仪等，可以用计算机自动控制晶体生长。为获得高质量外延膜，需要超高真空．，而俄歇分析等也需要超高真空。为此，除排气采用离子泵系统之外，整个装置均可烘烤除气，从而可保证10-8Pa的真空度。
该设备适于薄膜生长机理、表面结构、杂质掺入等基础性研究，现在仍用于这方面的研究。
MBE用于Ⅲ-V族化合物半导体薄膜生长方面，一般都是GaAs或以GaAs为主体的外延生长。其中，As的粘附系数与Ga的存在密切相关，有Ga存在时，As的粘附系数为1，无Ga存在时，As的粘附系数为0。也就是说，只要保证比Ga多的As分子束射在GaAs单晶体上，不变成GaAs的As即可全部再蒸发，从而能够获得符合化学计量比的GaAs外延层。MBE设备正是巧妙地利用了这一点。上述的Ga和As分别由严格控温的分子束发出，并射向基板。利用设置于装置中的各种分析手段对外延膜的生长过程及结品形态等进行在线分析。由此获得表面原子尺寸平坦的优质MBEGaAs单晶膜。
MBE也是在真空室中使从蒸发室飞来的分子在基板上附着，在这一点上与传统的真空蒸镀并无多大区别。但MBE有两点极为关键：其一，在高真空中采用的是分子束；其二，分子束源置于液氮冷却槽中。这样，从分子东源直线射出的分子束不会对晶体生长室造成污染。而且，从基板返回的As等也容易被冷阱及离子泵等排除，从而保证到达基板的总是新鲜的入射分子。清洁的超高真空系统提供了进一步的保证。上述措施的共同作用可以避免杂质混入，从而获得优良的外延单晶膜。
第二代以后的MBE装置，在外延膜生长机理及装置构成方面与第一代基本相同，仅在分子束源和挡板机构等方面作了根本性的改变。第二代MBE设备是在一室型第一代MBE设备基础上，增加一基板交换室，变为两室型。一室型MBE设备在每次交换基板时，外延室都要与大气连通，不仅抽真空浪费时间，而且真空度和清洁度都难以保证。二室型设备仅基板交换室在交换基板时与大气连通，而外延室始终处于真空状态。第三代MBE设备是为了提高分析功能并增大外延室的尺寸，另设一分析室，变为三室型，其结构图2所示。
第四代MBE装置是在第三代基础上，为适应器件制作及基板尺寸大型化的要求，提高外延膜的均匀性、重复性，减少膜层缺陷、改善膜层质量，提高处理能力，在软件和硬件两方面加以改进。目前，MBE设备经过进一步发展，已达到批量化生产的第五代。
分子束外延自20世纪60年代末在真空蒸镀的基础上产生以来，发展十分迅速。其中之一是引入气态的分子束源，构成所谓化学束外延(CBE)。用砷烷(AsH3)和磷烷(PH3)生长InGaAsP等四元材料，或将金属有机化合物引入分子束源形成所谓金属有机化合物分子束外延(MOMBE)。这两项新技术是把MBE和目前发展很快的金属有机化合物气相沉积(MOCVD)技术相结合，进一步改进了MBE的生长和控制能力。
把分子束外延和脉冲激光结合起来，发展成所谓激光分子束外延(L-MBE)技术。它是用激光照射靶来代替分子(原子)束源，更容易实现对蒸发过程精确的控制，显示了比常规分子束外延更加广阔的应用前景。
分子束外延可能的应用领域由：在高温超导薄膜和器件的研究和应用方面将由于L-MBE能够人工控制原子层的有秩序堆积，可以外延生长发挥重要作用，出含有几个原子层组成绝缘层(I)的YBCO/I/YBCO夹心结构，具备研制三层夹心型超导隧道结的条件； 外延生长含有低熔点、易挥发的多元化合物半导体薄膜，在精确调整化合物成分比以便调节隙宽度方面具有优势；人工合成具有特殊层状晶体结构的新型材料，探索新型高温超导体或具有特殊性质的新材料；激光分子束外延在研究和发展多元金属间化合物、亚稳态材料方面也可能有应用的前景。