ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Однократные неконсервативные процессы из "Направленная кристаллизация и физико химический анализ" Обмен летучим компонентом между перекристаллизуемым веществом и окружающей средой особенно характерен для бестигельной зонной перекристаллизации тугоплавких металлов, для синтеза и выращивания монокристаллов многих полупроводниковых соединений, для легирования полупроводников при контакте с газовой фазой. Такой обмен имеет место во многих других неконсервативных процессах направленной кристаллизации. Легирующее или экстрагирующее действие на перекристаллизуемое вещество может оказывать покровный флюс. Для физико-химического анализа такие процессы представляют большой интерес, так как наряду с данными по равновесиям твердая фаза — жидкость они позволяют получать информацию о равновесиях твердая фаза — пар, жидкость — пар и т. д. Вместе с тем из-за усложнения характера фи-зико-химического взаимодействия системы со средой обработка результатов направленной кристаллизации становится более трудоемкой. Это особенно относится к зонной перекристаллизации как процессу многократному. Однако именно многопроходная зонная перекристаллизация позволяет в полной мере выявить относительно слабые эффекты межфазового взаимодействия. [c.88] Несмотря на разнообразие перечисленных выше неконсервативных процессов кристаллизации, все они при определенных допущениях поддаются единому теоретическому анализу. [c.88] Будем исходить из постоянства эффективного коэфф-ициента распределения на фронте кристаллизации. Кроме того, будем считать, что обмен вторым компонентом с атмосферой осуществляется только на поверхности ее контакта с жидкой фазой. При движении фронта кристаллизации концентрация второго компонента в жидкой фазе изменяется за счет сегрегации, в результате чего изменяется поток этого компонента через поверхность контакта жидкой фазы с атмосферой. [c.88] Впервые вариант I рассмотрен и применен к процессам направленной кристаллизации Маделунгом [86, с. 55], соответствующую модель кристаллизации целесообразно назвать моделью Маде-лунга. [c.89] Внешняя среда может быть источником или поглотителем примесного компонента ограниченной или неограниченной емкости в зависимости от того, изменяется или не изменяется концентрация v примесного компонента во внешней среде вследствие обмена с жидкой фазой. Если кристаллизация ведется в условиях контакта с газовой фазой большого объема, в динамическом вакууме или в проточной газовой среде, а также в замкнутом пространстве, насыщенном примесным компонентом, то можно считать концентрацию этого компонента во внешней среде постоянной в ходе кристаллизации. [c.89] В перечисленных случаях для модели Маделунга концентрация летучего примесного компонента в твердой фазе по окончании кристаллизации оказывается равномерной и равной K vIK. [c.89] Рассмотрим теперь вариант, когда концентрация примесного компонента во внешней среде Су(т) зависит от концентрации его в жидкой фазе. Типичным примером подобного процесса является кристаллизация полупроводникового материала с летучим компонентом в запаянной ампуле при давлении пара этого компонента ниже давления насыщенного пара. Достаточно медленной кристаллизации соответствует модель Маделунга, быстрой — модель Бумгарда. [c.90] Это уравнение аналогично зависимости, полученной Маделунгом [86, с. 55], но обладает тем преимуществом, что, кроме коэффициента К, все входящие в него величины сравнительно легко определяются экспериментально. [c.90] Его легко получить из равенства (11.51) с помощью соотношения (11.49). [c.91] Уравнение (11.56) является частным случаем уравнения, полученного Маделунгом для произвольного числа проходов зоны. Преимущество уравнения (П.56) заключается в том, что оно содержит только величины, определяемые непосредственно из эксперимента. [c.91] Второй предельный случай соответствует насыщению жидкой фазы компонентом из паровой фазы при условии, что концентрация этого компонента в жидкой фазе в ходе кристаллизации остается значительно ниже, чем в паровой фазе. [c.94] Не анализируя подробно полученные зависимости, отметим некоторые их особенности по сравнению с приведенными выше аналогичными зависимостями для консервативных процессов направленной кристаллизации. [c.95] Уравнение (11.56) представляет собой уравнение Рида—Пфанна (11.12), в котором коэффициент распределения уменьшен в (l + A V//) раз. Следовательно, улетучивание примесного компонента ведет к снижению его концентрации на начальных участках пе-рекристаллнзованной твердой фазы и к повышению — на конечных участках. [c.95] Зависимость (11.73) —это уравнение Рида—Пфанна с измененной исходной концентрацией компонента, а зависимости (П.67) и (11.70) —те же уравнения с измененными исходной концентрацией и коэффициентом распределения. [c.95] Условие (11.74) соответствует интенсивному испарению компонента, условие (11.75)—интенсивному его поглощению из атмосферы. [c.95] В общем случае наиболее удобно строить программы изменения скорости, решая уравнения (11.77) и (11.78) методом конечных разностей с использованием экспериментальных скоростных зависимостей К и /Сю. [c.96] Вернуться к основной статье