中古Kセルの在庫・価格

Kセル(クヌーセンセル、エフュージョンセル、分子線セルとも呼ばれる)は、るつぼに入れた固体原料を抵抗加熱で蒸発させ、超高真空中で基板へ分子線として供給する蒸着源である。分子線エピタキシー(MBE)装置の成長室に、ICF規格などのフランジを介して基板方向へ向けて取り付けて使う。複数のセルを並べ、それぞれを独立に温度制御することで、組成比を精密に合わせた化合物膜や合金膜、多層膜を作製できる。
構成は、原料を保持するるつぼ、その周囲を囲む加熱ヒーター、放射熱を閉じ込める多層の熱遮蔽板、るつぼ温度を測る熱電対、外周の水冷ジャケット、開口部前方のシャッターが基本となる。るつぼ材には原料との反応性や使用温度に応じてPBN(熱分解窒化ホウ素)、タンタル、石英、グラファイト、アルミナなどが選ばれる。ヒーターはタンタルやタングステン、熱遮蔽板はモリブデンやタンタル、熱電対には高温に強いW-Re系(Cタイプ)がよく用いられる。最高使用温度は汎用品で1300℃程度が一つの目安で、高融点材料向けにはさらに高温に対応する仕様もある。
原理は、原料をある温度に保ったときの飽和蒸気圧に応じて蒸発量が決まることにある。本来のクヌーセンセルは小さな開口を持つ等温容器で、蒸発量は温度でほぼ一意に決まる。実際のMBE用セルは開口を大きくした円錐形るつぼなども多いが、温度で供給量を決めるという考え方は同じである。蒸気圧は温度に対して指数関数的に変わるため、セル温度が1℃ずれるだけで分子線強度が数%程度変わる材料も多い。このため熱電対の帰還によるPID制御で温度を0.1℃台の安定度で保つことが重視される。ヒーター電源には数十V・数十A級の直流安定化電源と温度調節器の組み合わせがよく用いられ、セルの消費電力は数百W〜1kW程度が典型的な範囲となる。
分子線のオン・オフは前方のシャッターの開閉で行い、層の切り替えを原子層単位で急峻にできる。MBEでは成長室を10^-7Pa以下(多くは10^-8Pa程度以下)に保つ。通常の真空蒸着(10^-4Pa程度)と違って蒸発分子は散乱されずに基板まで直進し、残留不純物も取り込まれにくい。電子ビーム蒸着と比べると、高電圧電源が不要で、温度だけで蒸発速度を再現性よく制御しやすい点が利点である。
主な用途は、GaAs系などIII-V族化合物半導体、SiやGeの結晶成長である。Ga、Al、In、Si、Geなどの元素源や、ドーパント源として使われる。100〜数百℃の低温域を細かく制御できる構成にすれば、フタロシアニンなど有機分子のエピタキシャル薄膜の研究にも用いられる。成長室には反射高速電子線回折(RHEED)、四重極質量分析計、水晶振動子式膜厚計などが併設されることが多い。成長状態をその場で観察し、結果をセル温度の設定に反映させる。
実務上の要点として、新しいるつぼや原料を入れた後は使用温度より高い温度で十分に脱ガスする。昇降温は熱応力による破損を避けるため緩やかに行う。Gaなど液体になる原料では開口部の凝縮による突沸や液滴飛散を防ぐため、開口側を高温にする二重ヒーター構造が使われる。またスパッタ源と同じ室で使うとセルが汚染されやすく、真空領域も大きく違うため、通常は専用の超高真空室で運用する。