薄膜物理
第四章_薄膜的物理气相沉积
4.1 蒸发沉积 4.2 溅射沉积 4.3 离子束沉积 4.4 脉冲激光沉积
4.1 蒸发沉积
蒸发沉积薄膜的基本过程：
1） 原材料被加热蒸发而气化 2） 气化的原子或分子从蒸发源向基片表面输运 3）蒸发的原子或分子在基片表面被吸附、成核、 核长大，继而形成连续薄膜
4.1.1 蒸发源
缺点：需要较复杂且昂贵的高频电源
4.1.2 原材料的蒸发与输运
1.
蒸发速率 假设在原材料表面液相和气相分子处于动态平 衡，则蒸发速率
dN r Pr P0 Je Adt 2 mkT
蒸发速率与蒸发源温度的关系
dG B 1 dT 2.3 G T 2 T
4.1.3 蒸发镀膜的膜厚分布
膜厚的分布取决于蒸发源的几何形状 与蒸发特性、基片的几何形状、基片与蒸 发源的相对位置等因素。
膜厚理论计算的简化假设： 1）蒸发凝结成薄膜
4.2 溅射沉积
溅射：荷能粒子轰击固体表面，使固体原子（或 分子）逸出的现象叫溅射。 使用范围：金属、合金、半导体、氧化物、氮化 物、碳化物、超导薄膜等。 溅射率：当粒子轰击靶阴极时，平均每个粒子从 阴极上打出的原子数。 溅射阈值：当入射粒子能量高于溅射阈值时才发 生溅射。
脉冲激光沉积的优点
相比其他制膜技术，PLD具有如下特点：1） 采用紫外脉冲激光器作为等离子体的能源，它 具有高光子能量、无污染且易于控制的特点； 2）可以比较精确的控制化学计量比，实现靶 膜成分接近一致。3） 可以引入反应气体，提 供了另一种改变薄膜组分的办法；4）四个靶 材托板随意更换，可以实现多层膜、异质结的 制备，尤其适合制备量子阱结构薄膜。5）工 艺相对简单，灵活性很大，可以实现诸多不同 种类的薄膜制备；6）可以使用激光器对薄膜 进行后续处理等。
薄膜物理-表面与界面
2019/1/10
金属表面的电荷分布（图中的数字表示电荷密度） （a）原子紧密堆积的表面（b）原子松散堆积的表面（cБайду номын сангаас铜的（100）面
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晶体中原子排列的三维周期性在表面处突然中断，表面层中的原子可 能发生重新排列；导致在垂直表面方向上产生表面弛豫，在平行表面方向 上发生重构。除此以外，在表面上还可能存在台阶和凸凹。 弛豫—表面向下收缩，表面层原子与内层原子间距离比内层原子相互之间 有所减小。 重构—在平行表面方向上原子重排。
由上述种种原因所造成的表面态，使表面层带有过剩 电荷，因面在表面层下产生聚集层或者耗尽层、甚至反型 的空间电荷层。
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2019/1/10
以n型半导体薄膜为例来说明
若陷在表面层的过剩电荷为正电荷，则对电子来说，在空间电荷层的静电势能将 被降低，因而电子被聚集在空间电荷层，使表面区(物理表面)更加导电。对于空穴 来说，则正好相反。表面层中的过剩电荷是被束缚住的，因而位置是固定的，电 导的增加是由于在空间电荷层所聚集的电荷。 若表面层的过剩电荷为负，空间电荷层中的静电势能对电子来说将是升高、对空 穴来说则是降低，因而电子将从空间电荷层流走，形成电子的耗尽层，表面区将 比内部更不易导电。若表面层的过剩负电荷很多，对空穴的势能将很低，以致n型 半导体的空间电荷层转为p型层，即成为反型层。 对于p型半导体薄膜，情况刚好与n型半导体相反。为了清楚地说明这种情况，引 入下图。 在半导体表面区，空间电荷层的厚度通常为 102~103 nm；而金属仅为零点几nm。这个差 别的原因是由于在这两种材料中，自由载流 子的密度不同。因此，为聚集足够的电荷， 以平衡表面层中的被陷过剩电荷，在半导体 中需要较厚 (约大103倍) 的空间电荷层。因 10 为在所有情况下，总的表面电荷 (表面层和 空间电荷层中的总电荷) 必须为零。
薄膜物理与技术-7薄膜的物理性质--(1)薄膜的力学性质
电镀膜的附着性能差(∵有一定数量的微孔）
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
附着力的测试方法 机械方法数种如下：
扩散附着
通过中间层附着
宏观效应附着
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
简单附着
7.1.1 薄膜的附着力
(a)简单附着： 是在薄膜和基体之间存在一个很清楚的分界面。由两个接
触面相互吸引形成的。当两个不相似或不相容的表面相互接 触时就易形成这种附着。(如真空蒸镀)
附着能 : Wfs = Ef + Es - Efs
②静电力—薄膜和基体两种材料的功函数不同， 接触后发生电子转移→界面两边积累正负 电荷 → 静电吸引
物理吸附能：0.001eV~0.1eV
③化学键力（化学吸附能0.1-0.5eV）
共价键 离子键 金属键
价电子发生了转移， 短程力，不是普遍存在。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
须注意：T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
③引入中间过渡层 某种材料与一些物质间附着力大，与另一些物质的附
着力却可能很小。如：
（1）二氧化硅-玻璃→附着好；二氧化硅-KDP（磷酸二氢 钾）晶体→附着差 （2）金-玻璃→附着差；金-铂、镍、钛、铬等→附着好
方法：在基片Байду номын сангаас镀一层薄金属层（Ti、Mo、Ta、 Cr等）.然后，在其上再镀需要的薄膜，薄 金属夺取基片中氧 中间层表面掺杂。
第七章 薄膜的物理性质
薄膜材料物理-薄膜的力学性质
塑性变形机制
屈服强度是描述材料抵抗塑性变形能力的物理量，当外力达到屈服强度时，材料开始发生不可逆的塑性变形。
应力-应变曲线是描述材料在受力过程中应力与应变关系的曲线，通过该曲线可以确定材料的弹性模量和屈服强度等力学性能参数。
屈服强度与应力-应变曲线
应力-应变曲线
屈服强度
塑性形变对薄膜物理性能的影响
断裂表面形貌与机理
温度对薄膜的力学性能产生影响，低温下材料脆性增大，高温下材料韧性增强。
温度
湿度
加载速率
湿度对薄膜材料的力学性能产生影响，湿度过高可能导致材料吸湿膨胀，降低力学性能。
加载速率越快，材料吸收的能量越少，断裂强度越低。
03
02
01
பைடு நூலகம்
环境因素对薄膜断裂性质的影响
05
薄膜的疲劳性质
薄膜在循环应力作用下，经过一段时间后发生断裂的现象。
屈服强度
断裂强度是描述材料在受到外力作用时发生断裂行为的应力值，对于薄膜材料，其断裂强度也是衡量其力学性能的重要参数之一。
断裂强度
薄膜的力学性能参数
02
薄膜的弹性性质
弹性模量
是指材料在受到外力作用时，单位面积上产生的正应力与应变之比，是衡量材料抵抗弹性变形能力的物理量。对于薄膜材料，其弹性模量决定了材料在受力时的刚度和变形程度。
疲劳现象
循环应力导致薄膜内部产生微裂纹，裂纹逐渐扩展导致薄膜断裂。
疲劳机理
循环应力的幅值、频率、温度、薄膜材料的性质等。
影响因素
疲劳现象与机理
疲劳寿命预测与实验验证
疲劳寿命预测
基于疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值，预测薄膜的疲劳寿命。
实验验证
通过实验测试薄膜的疲劳寿命，与预测结果进行对比，评估预测模型的准确性。
《薄膜物理与技术》课程教学大纲
《薄膜物理与技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0527课程中文名称: 薄膜物理与技术课程英文名称：Thin film physics and technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：《材料表面与界面》、《近代物理概论》、《材料科学基础》、《固体物理》、《材料物理性能》一、课程简介本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
同时介绍了薄膜的形成，薄膜的结构与缺陷，薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。
通过本课程的讲授，使学生在薄膜物理基础部分，懂得薄膜形成物理过程及其特征，薄膜的电磁学、光学、力学、化学等性质。
在薄膜技术部分初步掌握各种成膜技术的基本内容以及薄膜性能的检测。
二、教学基本内容和要求掌握物理、化学气相沉积法制膜技术，了解其它一些成膜技术。
学会对不同需求的薄膜，应选用不同的制膜技术。
了解各种薄膜形成的过程及其物理特性。
理解并能运用热力学界面能理论及原子聚集理论解释薄膜形成过程中的一些现象，了解薄膜结构及分析方法，理解薄膜材料的一些基本特性，为薄膜的应用打下良好的基础。
以下分章节介绍：第一章真空技术基础课程教学内容：真空的基础知识及真空的获得和测量。
课程重点、难点：真空获得的一些手段及常用的测量方法。
课程教学要求：掌握真空、平均自由程的概念，真空各种单位的换算，平均自由程、碰撞频率、碰撞频率的长度分布率的公式，高真空镀膜机的系统结构及抽气的基本过程。
理解蒸汽、理想气体的概念，余弦散射率，真空中气体的来源，机械泵、扩散泵、分子泵以及热偶真空计和电离真空计的工作原理。
了解真空的划分，气体的流动状态的划分，气体分子的速度分布，超高真空泵的工作原理。
第二章真空蒸发镀膜法课程教学内容：真空蒸发原理，蒸发源的蒸发特性及膜厚分布，蒸发源的类型，合金及化合物的蒸发，膜厚和淀积速率的测量与监控。
薄膜物理特性
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薄膜的物理特性
ALtima®
薄膜的物理特性
TiCN • 1.颜色：黑灰色 • 2.硬度： • 3000~3300HV • 3.摩擦系数：0.35 VSNi • 4.被覆层厚度：2~6μm • 5.抗氧化温度：450℃ 高表面硬度、减少刀口之 磨耗、改善抗磨耗性能 • • • • 切削刀具 端铣刀 钻头 各式冲模具
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薄膜的物理特性
• 1.颜色：白金色 • 2.硬度： 3000~3500HV • 3.摩擦系数： 0.30VSNi • 4.被覆层厚度： 2~5μm • 5.抗氧化温度：900℃ 高表面硬度、适合高速、 干式切削、可高温工作、 磨擦力最低、避免刀口之 积屑现象、适合重切削
各式钨钢切削刀具
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薄膜的物理特性
Q & A
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薄膜的物理特性
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 薄膜的物理特性
TiN • 1.颜色：金黄色 • 2.硬度： 1800~2200HV • 3.摩擦系数：0.40 VSNi • 4.被覆层厚度：2~5μm • 5.最高工作温度：550℃ 表面光滑、减少磨擦力、 可低温涂层、避免刀口之 积屑现象、应用范围广 • 切削刀具 • 端铣刀 • 螺丝攻 • 各式冲模具 • 钻头 2 • 低温零组件
薄膜物理与技术
将气体在电场的作用下离化，形成离子束或等离子体，然后轰击材 料表面，使其原子或分子沉积在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积（CVD）
常压化学气相沉积（APCVD）
在常压下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄膜 。
低压化学气相沉积（LPCVD）
在较低的压力下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形 成薄膜。
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）
利用等离子体激活反应气体，使其发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄 膜。
液相外延（LPE）
溶胶-凝胶法
将金属盐溶液通过脱水、聚合 等过程转化为凝胶，然后在一
定条件下转化为薄膜。
化学镀
利用化学反应在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
电镀
利用电解原理在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
薄膜的特性与性能参数
特性
薄膜具有一些独特的物理和化学特性， 如高表面面积、高纯度、高密度等， 这些特性使得薄膜在电子、光学、磁 学等领域具有广泛的应用前景。
性能参数
评估薄膜性能的参数包括表面粗糙度、 透光性、导电性、硬度等，这些参数 决定了薄膜在不同领域的应用效果。
薄膜的形成与生长机制
形成
薄膜的形成通常是通过物理或化学方法将物质蒸发或溅射到基材表面，然后凝 结或反应形成薄膜。
涉及其他非主要性能的表征，如化学稳定性、热稳定性等。
详细描述
除了光学、力学和电学性能表征外，还有其他一些非主要性能的表征方法，如化学稳定 性表征和热稳定性表征等。这些性能参数对于评估薄膜在不同环境条件下的稳定性和耐 久性具有重要意义，尤其在化学反应容器制造和高温环境应用等领域中具有重要价值。
薄膜物理-表面与界面
体内电子可能被表面态捕获而产 生空穴。这些空穴可在表面层以下自 由运动。从体内接受一个电子以后， 每个表面原子得到一个稳定的八电子 壳层，带有负电荷。它与体内空穴形 成一个双电层。与此相应的，有一个 表面势分布，在稳态下，陷阱的填充 速度和倒空速度相等。
缺图
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2020/4/10
半导体表面也有理想表面、实际表面和污染表面。实际 应用的半导体薄膜常有污染表面，这种薄膜是n型或者p型 半导体，其厚度为几十到几千nm。
缺图
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(4)表面态的分布
2020/4/10
在表面层产生的许多能带统称为表面态。 产生表面态的原因有三个：(1)晶格在表面的突然终止
(2)表面层的结构缺陷和杂质 (3)表面上的吸附
半导体表面的两种表面态
ห้องสมุดไป่ตู้
达姆(Tamm)于1932年用克朗尼克-播尼 (Kronig-Penney)方法，求解表面附近的薛 定愕方程，得出电子的波函数和允许能量。 结果表明，表面处的电子波函数是一个随 距离成指数衰减的函数，并且在禁带中有 一个允许能级，如图所示。这个能级可以 接受一个电子，称为达姆能级。
天)。 13
2020/4/10
表面态的能级密度大概与表面的原子密度数量级相同。 例如：Ge(100)面的表面能级密度约为6.3×1014 cm-2，(110)面 为8.92 ×1014 cm-2，(111)面为7.3×1014 cm-2。
表面态中有时又分慢态(slow states)和快态(fast states)。快 态的弛豫时何很短(约为10-7~10-5 s)，即该态与体内交流电子 很快。
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以n型半导体薄膜为例来说明
2020/4/10
若陷在表面层的过剩电荷为正电荷，则对电子来说，在空间电荷层的静电势能将 被降低，因而电子被聚集在空间电荷层，使表面区(物理表面)更加导电。对于空穴 来说，则正好相反。表面层中的过剩电荷是被束缚住的，因而位置是固定的，电 导的增加是由于在空间电荷层所聚集的电荷。
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目录摘要 (1)1 引言 (1)2 分子束外延技术的原理与特点 (1)3分子束外延生产设备与参数 (2)4 分子束外延的影响因素及相关分析 (5)5发展现状与趋势及应用 (6)浅谈薄膜物理中的分子束外延技术[摘要] 本文主要由五个部分组成。
第一个部分由引言说明外延技术的相关背景。
第二个部分主要介绍分子束外延技术的原理与特点。
第三个部分阐述分子束外延典型生产设备与参数。
第四部分主要论述了分子束外延的影响因素及相关分析。
最后一部分概括了其技术发展现状、趋势及应用。
1 引言外延是指在单晶基片上生长出位向相同的同类单晶体（同质外延），或者生长出具有共格或半共格联系的异类单晶体（异质外延）。
外延方法主要有气相外延、液相外延和分子束外延。
气相外延主要就是化学气相沉积在单晶表面的沉积过程。
将外延层所需的化学组分以气相的形式，通过物理或化学变化在衬底上进行的外延，这就是气相外延。
液相外延是将溶质放入溶剂中，在一定温度下形成均匀溶液，然后将溶液缓慢冷却通过饱和点（液相线）时，有固体析出而进行结晶生长的方法。
生长晶体的驱动力是溶液的过饱和度。
当衬底与溶液接触时，若溶液处于过饱和状态则会有溶质从溶液中析出。
条件适宜时，析出的溶质就会在衬底上生长出外延层。
分子束外延（MBE）是将真空蒸镀膜加以改进和提高而形成的一种成膜技术，它在超高真空条件下，精确控制蒸发源给出的中性分子束流强，在基片上外延成膜的技术。
分子束外延主要研究的是不同结构或不同材料的晶体和超晶格的生长。
该法生长温度低，能严格控制外延层的层厚组分和掺杂浓度，但系统复杂，生长速度慢，生长面积也受到一定的限制。
分子束外延是50年代用真空蒸发技术制备半导体薄膜材料发展而来的。
随着超高真空技术的发展而日趋完善，由于分子束外延技术的发展开拓了一系列崭新的超晶格器件，扩展了半导体科学的新领域，进一步说明了半导体材料的发展对半导体物理和半导体器件的影响。
2 分子束外延技术的原理与特点分子束外延是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。
但因一般的真空蒸镀达不到半导体薄膜要求的高纯度、晶体的完整性和杂质的控制，因而限制了它在制备半导体薄膜方面的应用。
在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。
MBE属于真空蒸镀的范畴，因此在制备半导体薄膜的方法上和其他的外延方法相比有着巨大的优势，具体表现如：（1）在超高真空下生长，污染较少，可生长出高纯度外延材料；（2）生长速度为一般为0.1～10个单原子层/s，通过挡板的快速开关可实现束流的快速切换从而达到外延层厚度、组分、掺杂的精确控制；（3）衬底温度低，可减少异质结界面的互扩散、易于生长突变结；（4） MBE生长不是热平衡条件下进行的，可生长按普通热平衡方法难以生长的薄膜材料，易于生长多种新型材料；（5） MBE生长为二维生长模型，使外延层的表面、界面具有原子级的平整度（RHEED强度周期性地对应于单分子层的厚度）；（6）高真空，可用多种表面分析仪器对外延生长过程进行实时原位监测并随时提供有关生长速度、外延层表面形貌、组分等各种信息，便于进行生长过程和生长机理的研究；（7） MBE设备可与其他半导体工艺设备实行真空连接，使外延材料生长、蒸发、离子注入及刻蚀等在真空条件下连续进行，提高器件性能及成品率。
与此同时，这种外延技术也存在着一些不足之处，主要问题有以下几种：（1）表面形态的卵形缺陷，长须状缺陷及多晶生长；（2）难于控制两种以上V族元素，不利于批量生产；（3）生长时间长，表面缺陷密度大；（4）设备较为昂贵，分析仪器易受蒸气分子的污染。
3分子束外延生产设备与参数MBE设备由真空系统、蒸发源、监控系统和分析测试系统构成。
蒸发源由几个克努曾槽型分子束盒构成。
后者由坩埚、加热器、热屏蔽、遮板构成。
分子束盒用水冷却，周围有液氮屏蔽。
分子束加热和遮板的开闭是精确控制的关键。
生长系统主要由以下几个部分组成：进样室、预处理室（衬底存储室）和生长室。
监控系统由四极质谱仪（其作用是：真空度检测，监测残余气体和分子束流的成分）、电离计（其作用是：测量分子束流量）、电子衍射仪（观察晶体表面结构以及生长表面光洁平整度）和俄歇谱仪（其作用是：检测表面成分、化学计量比和表面沾污等）等四种仪器构成。
下图是一种计算机控制的分子束外延生长装备示意图1。
这种早期使用的装置为单室结构。
现在的MBE设备一般都是生长室、分析室和基片交换室的三室分离型设备。
图 1现以GaAs为例说明MBE法制备Ⅲ—Ⅴ族半导体单晶膜的工艺：对经过化学处理的GaAs基片，在10-8Pa的超真空下用As分子束碰撞，经过1min加热，基片温度达到650℃，获得清洁的表面，生长温度可选择在500至700℃；Ga和As 分子束从分子束盒射至基片上，形成外延生长；分子束强度按一定关系求得，并用设置在分子束路径上的四级质量分析仪检测，调节分子束盒的温度和遮板开闭。
图 2图2是MBE设备的实物图,该设备可以在各种衬底材料上实现各种材料薄膜的外延生长，可实现分子自组装、超晶格、量子阱、一维纳米线等工艺实施。
分子束外延薄膜生长设备具有超高的真空环境，可在理想的环境下进行薄膜外延生长，它可以排除薄膜在生长时的各种干扰因素，得到理想的高精度薄膜。
依分子束外延技术制备Hg1xCdxTe薄膜，在制备过程中薄膜的厚度和组分如表1所示。
表 1分子束外延Hg1xCdxTe样品的测试数据样品编号方位角rad 晶格参数nm 厚度µm 组分xg10 0.64663513.1 0.2342 Π/2 0.646631g20 0.64667110.6 0.2539 Π/2 0.646684g30 0.64678011.1 0.3030 Π/2 0.646785g4 0 0.646792 10.7 0.3074Π/2 0.646797g50 0.64678715.2 0.3154 Π/2 0.646783g60 0.64682611.1 0.3272 Π/2 0.646822g70 0.64693311.6 0.3830 Π/2 0.646930g80 0.64696612.1 0.4059 Π/2 0.646961g90 0.64712613.2 0.4840 Π/2 0.647129g100 0.64725913.6 0.5562 Π/2 0.6472544 分子束外延的影响因素及相关分析生长温度：以A1N为例说明生长温度对外延的影响，随着生长温度的提高，RHEED条纹更加纤细、更加细锐；在低温下，A1N表面有密集的小岛状晶粒结构，但随着温度的升高，小岛之间开始聚合，并形成大范围的原子力台阶，表明A1N 薄膜在高温下有良好的二维生长模式；（002）和（102）面XRD半高宽结果进一步表明A1N薄膜的二维生长模式，且在高温下，A1N薄膜中的刃型位错密度大大减小。
说明提高生长温度有助于提高A1N薄膜的晶体质量，获得平坦的表面。
衬底温度：现以InGaAs材料为例加以说明，衬底温度直接决定了InGaAs 材料制备过程中In原子在界面间的渗析和In原子在外延层表面迁移，影响了IhGaAs外延材料的生长模式；生长速率影响着InGaAs外延层的质量。
实验结果表明，通过调整衬底温度和生长速率，在衬底温度为500℃，生长速率为1200nm ／h时，制备出的样品结晶质量和表面形貌最好。
掺杂剂：现以硅材料加以说明，大量掺杂剂的存在，将改变了硅的生长机制。
在表面相中成团的吸附原子首先脱离此团，由于该过程相关联的激活能小于脱附激活能但大于表面扩散能，故原子脱离从而形成单个原子。
原子一旦脱离孤立的组织，将向硅表面迁移，直到被一个较合适的扭折位置所容纳，其迁移过程受硅表面掺杂原子的扩散率所控制，掺杂原子将结合到台阶的扭折位置。
5发展现状与趋势及应用在超薄层材料外延生长技术方面，MBE的问世使原子、分子数量级厚度的外延生长得以实现，开拓了能带工程这一新的半导体领域。
半导体材料科学的发展对于半导体物理学和信息科学起着积极的推动作用。
它是微电子技术、光电子技术、超导电子技术及真空电子技术的基础。
分子束外延技术的发展，推动了以GaAs为主的III—V族半导体及其它多元多层异质材料的生长，大大地促进了新型微电子技术领域的发展，造就了GaAs IC、GeSi异质晶体管及其集成电路以及各种超晶格新型器件。
特别是GaAs IC（以MESFET、HEMT、HBT以及以这些器件为主设计和制作的集成电路）和红外及其它光电器件，在军事应用中有着极其重要的意义。
GaAs MIMIC（微波毫米波单片电路）和GaAs VHSIC（超高速集成电路）将在新型相控阵雷达、阵列化电子战设备、灵巧武器和超高速信号处理、军用计算机等方面起着重要的作用。
90年代中美国有50种以上整机系统使用MIMIC。
所谓整机系统包括灵巧武器、雷达、电子战和通信领域。
在雷达方面，包括S、C、X、Ku波段用有源发射/接收(T/R)组件设计制作的相控阵雷达；在电子战方面，Raytheon公司正在大力发展宽带超宽带砷化镓MIMIC的T/R组件和有源诱铒MIMIC；在灵巧武器方面，美国MIMIC计划的第一阶段已有8 种灵巧武器使用了该电路，并在海湾战争中得到了应用；在通信方面，主要是国防通信卫星系统（DSCS），全球（卫星）定位系统（GPS），短波超高频通信的小型倾向毫米波保密通信等。
以分子束外延技术所生产的光电器件在军事上也得到广泛的应用，现已成为提高各类武器和通信指挥控制系统的关键技术之一，对提高系统的生存能力也有着特别重要的作用。
主要包括激光器，光电探测器，光纤传感器，电荷耦合器件(CCD)摄像系统和平板显示系统等。
它们被广泛地应用于雷达、定向武器、制导寻的器、红外夜视探测、通信、机载舰载车载的显示系统以及导弹火控、雷达声纳系统等。
而上述光电器件的关键技术与微电子、微波毫米波器件的共同之处是分子束外延，金属有机化合物汽相淀积等先进的超薄层材料生长技术。
行家认为未来半导体光电子学的重要突破口将是对超晶格、量子阱（点、线）结构材料及器件的研究，其发展潜力无可估量。
未来战争是以军事电子为主导的高科技战争，其标志就是军事装备的电子化、智能化。
而其核心是微电子化。
以微电子为核心的关键电子元器件是一个高科技基础技术群，而器件和电路的发展一定要依赖于超薄层材料生长技术如分子束外延技术的进步。