А.А. Бабырин - Электроника и микроэлектроника (1088520), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Это давление меняется вдоль линии ликвидуса, так что: а) Рдв, > Рлвг пРи Т( 930'С, б) Рлв, = Рл,, = 2 10 ~ атм пРи Т= = 930'С, в) рл,, = 0,074 атм и рк,, = 0,902 атм при температуре плавления ПаАз, равной 1238'С. Для чистого мышьяка его плавление при 817'С может быть наблюдаемо лишь при обеспечении избыточного давления паров мышьяка вплоть до Зб атм (в обычных условиях мышьяк сублимируется без плавления). Наоборот, галлнй с низкой температурой плавления (Тп, = 29,8'С) имеет очень малое давление насыщенного пара (рсз =10 4 атм при Таа =1238'С). Диссоциация арсенида галлия начинается с температур около 800'С, когда рлв, = рое --10 з атм. Жидкая фаза состоит из 126 Тл.
2. Управление фазовыми превращениями веществ т(г) А 1238'С Т(х'1 1 817'С (36 атм) Тьм Т~ Тяя, Т, Т, Т.,„ 29,8 С время б СаАз Аз коцо дината расплава галлия, насыщенного в соответствии с линией ликвидуса мышьяком, который находится в равновесии с собственными парами, обозначенными на диаграмме как Аз'. Так как в правой части диаграммы (при хд, > О, 5) давление паров мышьяка велико (более 1 атм), то для практических целей при выращивании баАз из жидкой фазы используется расплав галлия с малым содержанием мышьяка: при х„, = О, 1 температура начала кристаллизации примерно 850'С. Процессы кристаллизации с принудительным охлаждением раствора-расплава (см.
рис, 2.19б) и с использованием температурного градиента (см. рис, 2.19 в) будут рассмотрены ниже в п.5.14. Во всех рассмотренных диаграммах плавкости жидкая фаза предполагалась однородной при любом составе системы. В ряде случаев однородность жидкой фазы может нарушаться путем ее расслоения на два несмешивающихся жидких раствора (В в А" н А в В ). Эти два раствора существуют на плоскости Т-х в определенной области жидкого состояния, ограниченной линиями расслаивания, которые характеризуют составы равновесных жидких фаз.
Подобная картина может наблюдаться и в твердом состоянии, когда при некоторых условиях однородный твердый раствор распадается на два раствора, одновременно существующие в определенной области диаграммы состояния. Рис. 2 19. Диаграмма фазового состояния системы Сга — Аз (а), кривая принудительного охлаждения жидкого раствора (6) и пространственное распределение температуры при кристаллизации с температурным градиентом (в). На рисунке а в скобках указано равновесное давление паров мышьяка Аз", возрастающее при движении вдоль линии ликвидуса от ба к Аз 127 Контрольные еонросы Контрольные вопросы В чем специфика фазовых превращений первого и второго рода в однокомпонентных системах? Какая термодинамическая функция определяет темпера- турный ход кривых сублимации и испарения на фазовой диаграмме, качественно показанной на рис.
2.1? Что такое насьпценный пар чистой конденсированной фазы и как управлять давлением этого пара? Сформулируйте закон Рауля для идеальных растворов и обоснуйте отклонения от него в применении к реальным растворам. Как изменяется температура кипения жидкости при введе- нии в нее растворимой или нерастворимой жидкой добавки? Сформулируйте законы Генри и Сивертса для молекуляр- ного и атомарного механизмов растворения. В каких мате- риалах преимущественно реализуются эти механизмы? Какая термодинамическая функция определяет температур- ную зависимость молекулярной и атомарной растворимости газов в конденсированных средах? Чем определяется наклон кривой плавления на фазовой диаграмме, качественно показанной на рис. 2.1? Поясните роль закона Рауля в обосновании типа диаграм- мы плавкости для бинарных систем с неограниченным рас- творением компонентов в жидкой фазе.
Каково назначение линий ликвидуса и солидуса на бинар- ных диаграммах плавкости? Что такое фигуративная точка, коннода и правило рычага на диаграммах плавкости? Как используется правило фаз Гиббса для обоснования хода кривой охлаждения при равновесной кристаллизации из бинарного жидкого раствора? 1О.
12. Описанная неустойчивость жидкой или твердой фазы, приводящая к появлению новых областей двухфазного равновесия, может существенно усложнить вид диаграмм плавкости, !28 l л. 2. Управление филовыми превраи1енивми вещееяв Какой тип диаграммы плавкости характерен для бинарных систем в отсутствие взаимной растворимости компонентов в твердой фазе? Какие типы диаграммы плавкости характерны для бинар- ных систем с неограниченным твердым раствором? Как видоизменяет диаграмму плавкости ограниченная рас- творимость компонентов в твердой фазе? Чем отличается процесс равновесной кристаллизации в би- нарных системах с диаграммами плавкости эвтектического и перитектического типа? В чем состоит принципиальное видоизменение диаграммы плавкости при наличии химического соединения в твердой фазе? Какие диаграммы плавкости принято называть дистектиче- скими диаграммами? Что такое химическое соединение переменного состава и как определена его область гомогенности на диаграмме плавкости? 14.
15, 16. 18. 19. 20. Чем отличается процесс кристаллизации химических соединений с конгруэнтным и инконгруэнтным плавлением? Глава 3 УПРАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ ВЕЩЕСТВ Практически ни один технологический процесс электронного приборостроения не обходится без применения химических реакций. Закономерности химического и электрохимического взаимодействия управляют процессами очистки, травления и окисления поверхности, химическим транспортом веществ при газовой эпитаксии, формированием люминофорного и термоэмитирующего покрытий в вакуумных приборах и т. п. В предыдущей главе были изучены основные закономерности фазового равновесия и управления фазовыми превращениями в системах с химически пассивными компонентами.
Учет химических соединений в п, 2.9 проводился только с позиции их влияния на фазовую диаграмму бинарной системы. Задача данной главы — последовательное рассмотрение основных положений термодинамики для систем с химически реактивными компонентами, включая также те ионные и электрохимические процессы, которые имеют непосредственное отношение к технологическим проблемам электроники. 3.1. Закон действия масс и константы химического равновесия Пусть в системе протекает обратимая химическая реакция, записанная в обобщенной форме и„А„— ~~ и„А„ где индексы эн» и «к» относятся к химическим реагентам А„ и А, со стехиометрическими коэффициентами г, и м„кото- 5 Л А Барывин 1ЗО Гл.
д управление химическими превращениями веществ рые условно названы начальными (в левой части уравнения) и конечными (в правой части уравнения) реагентами. Так как общие условия равновесия фаз, выражаемые равенствами (1.140) и (1.141), являются изобарно-изотермическими, то для описания химических реакций следует использовать свободную энергию Гиббса С. Как показано в п.
1,!4, общее изобарно-изотермическое условие равновесия ЬС = 0 для химической реакции (3.1) принимает вид (1.145). рирн = рм ркрк (3.2) и К где рв и р„— химические потенциалы начальных и конечных реагентов. Установим соотношение между равновесными концентрациями веществ (или парциальными давлениями газов), участвующих в химической реакции, которое принято называть законом действия масс (нередко называемым законом действующих масс). Гомогенные химические реакции представляют простейший случай, рассмотрение которого начнем с газофазных реакций. Пусть в системе протекает реакция (3.1), все участники которой являются газообразными компонентами с химическими потенциалами рн в форме (1.99).
Подставим это выражение в равенство (3.2) и преобразуем его к виду рк 1прк — ~~~ р, 1при = Е К Н вЂ” (('~ и.р,'(Т) — К минеи(Т) = Г(Т), (3.3) в котором правая часть зависит только от температуры. Вводя новую функцию температуры Кр(Т)=ехр)(Т) и заменяя в левой части (3.3) сумму логарифмов логарифмом произведения, получаем в окончательной форме искомый закон действия масс: Пр." = К„(Т). (3.4) Пр" Величина Кр(Т). зависящая только от температуры и нечувствительная к суммарному давлению Р и исходному составу системы, называется константой химического равновесия. В левой части формулы (3.4) стоит произведение равновесных ЗЗ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
