Часть 2. Анализ фазовой структуры диаграммы состояния трехкомпонентной системы As – Ge – Te.

1. На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трехкомпонентной системы определили фигуративные точки сплавов следующей концентрации: а) As – 100%, Ge – 0%, Te – 0% (точка А); б) As – 35%, Ge – 15%, Te – 50% (точка В).

2.2 На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трехкомпонентной системы изобразили: а) совокупность сплавов, имеющих постоянную концентрацию компонента Te–50%, линия c; б) совокупность сплавов, характеризующихся постоянным соотношением компонентов Ge:Te=3:1, линия d.

Фигуративные точки и совокупности сплавов данного состава показаны на диаграмме (рис.1) и отмечены соответствующими буквами.

2.3 Фазовые превращения, соответствующие линиям двойных эвтектик:

e1E1 L → Te + GeTe e2E1 L → Te + As₂Te₃

E1E2 L → GeTe + As₂Te₃ e3E2 L → As2Te₃ + As E2E3 L → As + GeTe e4E3 L → As + GeAs₂ E3P L → GeTe + GeAs₂ e5P L → GeAs + GeAs₂ PE4 L → GeTe + GeAs e6E4 L → Ge + GeAs e7E4 L → Ge + GeTe

Точкам тройных эвтектик: E1 : L → Te + As₂Te₃ + GeTe;

E2 : L → As + As₂Te₃ + GeTe; E3 : L → As + GeAs₂ + GeTe;

E4 : L → Ge + GeAs + GeTe.

Точке перитектики:

P : L+GeAs → GeAs₂ + GeTe.

Рис. 2.1

2.4 Сплав состава точки C(Ge – 50%, As – 40%, Te – 10%), охлаждаемый из жидкого состояния, начнет кристаллизоваться при температуре около 710 ⁰С.

2.5 Первыми кристаллами, выпавшими из расплава состава точки C, будут кристаллы GeAs. С понижением температуры состав меняется по линии C-E. 2.6 Для определения количества твёрдой фазы воспользуемся рисунком. При охлаждении сплава С состав жидкой фазы будет изменятся по линии С-E. Температуре 700⁰С на этой линии соответствует точка D. Обозначим отрезок D-C через x, а отрезок GeTe-D через y. По правилу рычага

.

Из условия известно, что x + y = 5 (кг). Решая два получившихся уравнения совместно относительно x и y, находим, что x = 3,52 (кг), а y = 1,48 (кг). Это массы жидкой и твёрдой фаз соответственно при температуре 450⁰С.

2.7 В точке E пересечения линии GeTe – C – E с двойной эвтектикой e2 – E2 начнёт выделяться второй компонент – соединение As₂Te₃. Пользуясь данными рисунка 2.1. находим, что точке E соответствует температура 370⁰C. Далее состав жидкой фазы будет изменяться по линии двойной эвтектики до точки E2.

2.8 Кристаллизация жидкой фазы сплава С закончится в точке тройной эвтектики E2, где вся жидкость перейдёт в смесь твёрдых кристаллов:

L → As + As₂Te₃ + GeTe.

Пользуясь данными рисунка, находим, что точке E2 соответствует температура около 360 ⁰C. Состав последней капли расплава так же определяется точкой E2. Ей соответствует 46% As, 6% Te и 48% Ge.

2.9 Сплавы, испытывающие при кристаллизации два нонвариантных превращения (эвтектическое и перитектическое) находятся внутри треугольника GeTe – P – GeAs₂.

2.12 Фаза GeTe относится к классу полупроводниковых соединений типа A^IVB^VI. Согласно диаграмме, мы имеем дело с низкотемпературной модификацией соединения GeTe (T_пер ≈ 700⁰C), решётка у которой орторомбическая. Соединения A^IVB^VI - узкозонные полупроводники, ширина запрещенной зоны у которых мала. Зонная структура этих полупроводниковых соединений более сложная, чем зонная структура алмазоподобных полупроводниковых соединений. Отличительной особенностью является то, что максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости располагаются на краю зоны Бриллюэна в направлении [111]. Характерной особенностью данных соединений является то, что примесные уровни у них сливаются с краями основных зон (E_c и E_v). Это приводит к тому, что концентрация носителей заряда в таких полупроводниках практически не зависит от температуры (от очень низких и до температуры T > 300 K, когда наступает собственная электропроводность). Величина запрещённой зоны у соединений A^IVB^VI возрастает с увеличением температуры вплоть до 500 K. Соединение GeTe является односторонней фазой, так как в ней имеется избыток компонента Te, что приводит к тому, что нелегированный кристалл такого соединения обладает дырочным типом проводимости.

Соединения А^IVВ^VI находят широкое применение в качестве фоточувствительных элементов в инфракрасной области спектра.

Рисунок 2.3. Области гомогенности твердого раствора системы Аs-Gе-Te.

2.13 Промежуточные фазы, характеризующиеся широкой областью гомогенности, представляющие собой твердые растворы на основе химических соединений постоянного состава, называются дальтониды.

Промежуточные фазы, характеризующиеся широкой областью гомогенности, представляющие собой твердые растворы на основе химических соединений переменного состава, называются бертоллиды.

Исходя из выше написанных определений, можно сделать вывод, что бертоллидом является соединение GeTe, а все остальные соединения (GeAs, GeAs₂, As₂Te₃) системы As-Ge-Te являются дальтонидами.

Заключение

Отличительными чертами сегнетоэлектриков являются высокие значения диэлектрической проницаемости, наличие пьезоэлектрического и пироэлектрического эффектов, зависимость показателя преломления от величины приложенного электрического поля. Эти свойства определяют область применения сегнетоэлектриков - в пьезоэлектрических приборах, конденсаторах, электрооптических системах, различных температурных датчиках.

Список использованной литературы

1. Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Физическое материаловедение» для студентов специальности 20.02 – «Физика и технология материалов и компонентов электронной техники» дневной формы обучения / Воронеж. политехн. ин-т. Сост. Ю.Е. Калинин. Воронеж,1993. 59 с.

2. Янченко Л.И. Физическое материаловедение: Учеб. пособие. Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 207 с.

3. L.M. Blinov, V.M. Fridkin, S.P. Palto, A.V. Bune, P.A. Dowben, S. Ducharme “Two-dimensional ferroelectrics” Phys. Usp. 43 243–257 (2000)

4. А.С. Сонин Б.А. Струков, Введение в сегнетоэлектричество М., 438 с.,1970.

5. С.А.Гриднев (Воронежский государственный технический университет) Соросовском образовательном журнале, N 7, 1996 г.