ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фазовые превращения двухкомпонентных систем из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" Предопределение природы и свойств продуктов взаимодействия связано с кристаллохимическими исследованиями. Возможности кристаллохимии, как известно, довольно ограничены и применимы, главным образом, к фазам постоянного состава. [c.135] Следовательно, нужен более общий метод, позволяющий устанавливать состав и природу образующихся в системе фаз, не выделяя и не анализируя каждую отдельно. Таким методом является физико-химический анализ. [c.136] С помощью физико-химического анализа изучают многокомпонентные системы. Наиболее простыми для такого исследования являются двухкомпонентные системы. Результат взаимодействия компонентов, взятых в любых соотношениях, назовем условно сплавами. [c.136] Метод физико-химического анализа заключается в следующем. Изучают какое-либо свойство сплава (плотность, вязкость, диэлектрическую проницаемость, температуру плавления, давление пара и т. д.). При последовательном изменении состава сплава получают таблицу численных значений изучаемого свойства. С помощью этих данных строят диаграмму состав — свойство и изучают геометрические особенности этих диаграмм для сплавов различных компонентов и, таким образом, ищут связь между геометрическими особенностями (формой) диаграмм состав — свойство и природой сплавов. [c.136] Опыт показывает, что свойства сплавов являются функцией их состава. Диаграммы состав — свойство отображают эту функциональную зависимость не только качественно, но и количественно. [c.136] Курнаковым было доказано, что образование химического соединения приводит к появлению особых сингулярных точек на диаграмме состав — свойство. [c.136] При изучении фазовых равновесий в двухкомпонентных системах используют диаграммы состав — температура плавления и состав — давление пара. Наиболее полные сведения имеются для двухкомпонентных систем, образованных нелетучими компонентами, для которых построены фазовые диаграммы температура — состав. Большое число полупроводниковых соединений диссоциирует при повышении температуры. Следовательно, при изучении фазовых равновесий таких систем нужно учитывать давление пара компонентов. В этом случае следовало бы пользоваться трехмерными диаграммами состав — температура — давление пара. Однако построение таких диаграмм очень сложно, поэтому обычно ограничиваются изучением зависимости давления пара от температуры для составов, близких к составу исследуемого соединения. [c.138] Ха и Хв — концентрации А и В, выраженные в мольных долях. [c.139] Используем метод определения давления паров для построения общего вида диаграмм состояния рассматриваемой системы. [c.139] Оба метода дают зависимость между составом системы и температурой, при которой жидкая и твердая фазы находятся в равновесии. [c.141] Перейдем к рассмотрению процессов, происходящих при охлаждении смесей компонентов А и В, от жидкого состояния до полного затвердевания. [c.141] По правилу фаз число степеней свободы этой системы равно нулю. Следовательно, эвтектика имеет постоянный состав и кристаллизуется (плавится) при постоянной температуре, что выражается горизонтальным участком на кривой охлаждения (кривой Е). По окончании кристаллизации эвтектики кривая охлаждения плавно идет вниз. [c.142] Из рис. 3.7 видно, что плоскость концентрационно-температурной диаграммы делится двумя кривыми температур начала кристаллизации Т Е и Т- Е и эвктектической горизонталью РО на четыре фазовых поля. Из них только поле /, ограниченное снизу кривыми ликвидуса, однофазно в его пределах существует лишь одна жидкая фаза, состав которой меняется от А до В. Между кривыми ликвидуса и эвтектической горизонталью находятся два двухфазовых поля — II и III, в пределах которых жидкая фаза переменного состава находится в равновесии с одной твердой фазой постоянного состава — кристаллами А в поле II и кристаллами В в поле III. Наконец, ниже эвтектической горизонтали имеется поле IV, в котором присутствуют две твердые фазы постоянного состава — кристаллы А и кристаллы В. [c.143] Согласно правилу фаз жидкие сплавы поля I имеют две степени свободы, а жидко-твердые системы полей II и III, как и полностью отвердевшие системы поля IV, имеют одну степень свободы. [c.143] Жидкая фаза и выпадающие из нее первичные кристаллы нередко заметно различаются по удельному весу. Если удельный вес первичных кристаллов меньше удельного веса жидкой фазы, то они при достаточно медленном охлаждении всплывают и собираются в верхней части слитка. Если же удельный вес первичных кристаллов больше удельного веса жидкой фазы, то они опускаются на дно. Это явление, называемое ликвацией по удельному весу, бывает выражено тем резче, чем больше разность удельных весов кристаллов и жидкости, больше интервал кристаллизации и медленнее охлаждение. В результате ликвации слиток оказывается неоднородным по составу, так как его верх или низ обогащены кристаллами первично выделившейся фазы. [c.143] Неограниченная взаимная растворимость элементов в твердом состоянии возможна лишь в том случае, если они принадлежат к одному структурному типу и если размеры их атомов различаются немного. [c.144] Для построения кривых начала кристаллизации жидких растворов рассмотрим условие равновесия сосуществующих фаз, характеризуемое равенством давления паров компонентов. [c.144] Парциальное давление пара растворителя над раствором меньше, чем давление пара чистого растворителя. Это справедливо как для жидких, так и для твердых растворов. Следовательно, кривые пара чистого растворителя, например компонента А, должны лежать выше кривых парциального давления того же вещества и в жидком и в твердом растворах. На рис. 3.8 изображена кривая давления пара чистого растворителя А в твердом состоянии СС и в жидком состоянии ПО. Они пересе каются в точке Ь, абсцисса которой tQ равна температуре кристаллизации чистого А. [c.144] Если из жидкого раствора кристаллизуется чистый компонент А, то абсцисса точки ь в которой кривая СС давления пара чистого растворителя А пересекается с кривой парциального давления компонента А в жидком растворе, показывает температуру начала кристаллизации чистого растворителя А из раствора. Если из жидкой фазы кристаллизуется не чистый компонент А, а его твердый раствор, то кривая РР пересечет кривую РР парциального давления компонента А в твердом растворе в точке Ьг и абсцисса 2 этой точки окажется правее ь Следовательно, в случае кристаллизации твердого раствора депрессия точки замерзания ( 0— 2) будет меньше, чем требуемая законом Рауля ( о— 1). Из рис. 3.8, б видно, что если кривая РР пересекает кривую QQ парциального давления А в твердом растворе в точке 0, то твердый раствор начинает кристаллизоваться при to, т. е. при той же температуре, что и чистый А. [c.144] Если же кривая РЯ парциального давления компонента А в твердом растворе (рис. 3.8) пересекает кривую РР в точке з, то кристаллизация твердого раствора начинается при температуре 1г, т. е. выше температуры кристаллизации чистого А. [c.144] Вернуться к основной статье