分子束外延设备是一种复杂的设备，主要用于制造高质量的外延膜。这种设备最初是为了开发Ⅲ-V族化合物半导体而设计的，后来逐渐扩展到适用于多种化合物半导体以及硅半导体器件的批量生产。

早期的分子束外延设备，即第一代MBE装置，包含了一个超高真空室，内部集成了多个组件，如分子束源、可加热的基片支架、四极质谱仪、RHEED装置、俄歇电子谱仪、二次离子质量分析仪等。这些组件可以通过计算机自动化控制，以确保晶体生长的质量。为了维持超高真空环境，设备采用了离子泵系统，并且整个装置都可以通过烘焙方式进行除气，以达到10Pa的真空度。这种设备适合于薄膜生长机理、表面结构、杂质掺入等基础性研究，至今仍在相关领域的研究中使用。

分子束外延技术的核心在于利用分子束源发射的分子束在外延过程中发挥作用。对于Ⅲ-V族化合物半导体薄膜的生长，特别是GaAs及其衍生材料，As的粘附系数受到Ga的影响。当Ga存在时，As的粘附系数为1，这意味着多余的As会重新蒸发，从而保持化学计量比的GaAs外延层。MBE设备通过精确控制分子束源的温度，使得Ga和As分子束能够直接射向基板，同时借助各种分析工具实时监测外延膜的生长过程和结晶形态，最终得到高质量的MBEGaAs单晶膜。

随着技术的进步，分子束外延设备经历了多次迭代升级。第二代设备在一室型的第一代设备基础上增加了基板交换室，形成了两室型结构，提高了操作效率和真空度。第三代设备则增设了分析室，成为三室型结构，增强了分析功能。第四代设备在此基础上进行了软硬件的改进，以适应大规模生产和更高品质的需求。目前已经发展到了能够支持批量化生产的第五代设备。

分子束外延技术自20世纪60年代末诞生以来，取得了显著的发展。其中包括引入气态分子束源，形成化学束外延(CBE)，以及结合有机金属化合物气相沉积(MOCVD)技术形成的金属有机化合物分子束外延(MOMBE)。此外，还出现了激光分子束外延(L-MBE)技术，它利用激光照射靶替代传统分子束源，实现了更精准的蒸发控制，展现了广泛的应用前景。