fkhot_2
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
отчет
по лабораторной работе №2
по дисциплине «физико-химические основы технологии»
Тема: МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ С ОГРАНИЧЕННОЙ РАСТВОРИМОСТЬЮ КОМПОНЕНТОВ (полупроводник-примесь)
Студент гр. 4209 |
|
Бугаев Н.А. |
Преподаватель |
|
Максимов А.И. |
Санкт-Петербург
2016
Цель работы: изучение фазовых равновесий в бинарной системе полупроводник (Si, Ge) – примесь методом компьютерного моделирования; расчёт параметров межатомного взаимодействия; выбор моделей растворов, адекватно описывающих экспериментальные T-x-диаграммы состояния; расчёт спинодалей и определение областей устойчивого и метастабильного состояний твёрдых растворов в заданной системе.
Основные сведения
Обработка результатов.
-
Полученные диаграммы состояния и подобранные значения оптимальных параметров взаимодействия в твёрдом и жидком растворах.
Wlопт = -12696
Wsопт = 112968
-
Расчёт и построение линии ликвидуса в рамках модели идеального раствора, а также сравнение полученных линий с экспериментальной.
Таблица 1
T, K |
Xbl |
1680 |
0 |
1648 |
0,08 |
1623 |
0,13 |
1573 |
0,23 |
1498 |
0,36 |
1423 |
0,49 |
1348 |
0,59 |
1223 |
0,74 |
1198 |
0,77 |
1680 |
0,01 |
Рис.1. Диаграмма состояния для линий ликвидуса, полученных через различные модели.
Для наиболее адекватного описания экспериментальной линии ликвидуса подходят две модели растворов: квазирегулярный и регулярный растворы, так как линии, полученные с помощью них, наиболее приближены к экспериментальной кривой.
3.Рассчитаем и построим концентрационные зависимости коэффициентов активностей компонентов в твердом растворе при Т=( Тпл(А) + Тэвт)/2 в пределах области растворимости, а также жидком растворе во всем диапозоне составов от х=0 до 1 при Т=Тпл(А). На тех же рисунках построены зависимости, соответствующие модели идеального раствора.
3.1. Коэффициенты активности компонентов в твердом растворе при Т=(Тпл(А)+Тэвт)/2 в пределах области растворимости представлены в таблице 2. Т=( Тпл(А) + Тэвт)/2=1380 K
Lnγi=W(1-xi)2/(RT), где Wsopt=112968 Дж/моль
На рисунке 2 представлены концентрационные зависмости коэффициентов активностей компонентов в твердом растворе в пределах области растворимости.
Рис.2. Концентрационные зависмости коэффициентов активностей компонентов в твердом растворе в пределах области растворимости
На рисунках 3, 4 представлены концентрационные зависимости активностей компонентов В и А в твердом растворе в пределах области растворимости соответственно.
Рис.3. Концентрационная зависимость активности компонента В в твердом растворе в пределах области растворимости
Рис.4. Концентрационные зависимости активностей компонента А в твердом растворе в пределах области растворимости
3.2.Коэффициенты активностей компонентов в жидком растворе во всем диапозоне составов от х=0 до 1 при Т=Тпл(А)=1685 К представлены в таблице2.
Lnγi=W(1-xi)2/(RT), где Wlopt=-12696 Дж/моль
Таблица 2.
x |
yB |
aB |
0 |
0,330516 |
0 |
0,1 |
0,407893 |
0,040789279 |
0,2 |
0,492361 |
0,098472118 |
0,3 |
0,581305 |
0,174391633 |
0,4 |
0,671289 |
0,268515487 |
0,5 |
0,758225 |
0,379112551 |
0,6 |
0,837666 |
0,502599522 |
0,7 |
0,905164 |
0,633614893 |
0,8 |
0,956682 |
0,765345781 |
0,9 |
0,98899 |
0,890091053 |
1 |
1 |
1 |
x |
yA |
aA |
0 |
1 |
1 |
0,1 |
0,98899 |
0,890091 |
0,2 |
0,956682 |
0,765346 |
0,3 |
0,905164 |
0,633615 |
0,4 |
0,837666 |
0,5026 |
0,5 |
0,758225 |
0,379113 |
0,6 |
0,671289 |
0,268515 |
0,7 |
0,581305 |
0,174392 |
0,8 |
0,492361 |
0,098472 |
0,9 |
0,407893 |
0,040789 |
1 |
0,330516 |
0 |
На рисунке 5 показаны концентрационные зависимости коэффициентов активностей компонентов в жидком растворе во всем диапозоне составов от х=0 до 1.
Рис.5. Концентрационные зависимости коэффициентов активностей компонентов в жидком растворе во всем диапозоне составов от х=0 до 1
Рис.5. Концентрационные зависимости активностей компонентов в жидком растворе во всем диапозоне составов от х=0 до 1
4. Расчёт равновесного коэффициента распределения компонента В (примесь) при /2.
Используя Т-х проекцию диаграммы состояния, при данной температуре определим состав:
T=(1685+1075)/2=1380K
Используя Т-х проекцию диаграммы состояния, при данной температуре определим состав:
Lg(Хbs )= -5
Хbl =0.45
Хbs =0.00001
Ln(Хbs/ Хbl)=ln(ko) =-10.7
5. Расчёт и построение линий спинодалей в диапазоне темпертатур от до .
T, K |
Xc1 |
Xc2 |
298 |
-0,090 |
0,989 |
300 |
-0,090 |
0,989 |
400 |
-0,117 |
0,985 |
500 |
-0,143 |
0,981 |
600 |
-0,168 |
0,977 |
700 |
-0,192 |
0,974 |
800 |
-0,215 |
0,970 |
900 |
-0,238 |
0,966 |
1000 |
-0,260 |
0,962 |
1100 |
-0,281 |
0,958 |
1200 |
-0,302 |
0,954 |
1685 |
-0,395 |
0,934 |
Рис. 6. Линии спинодалей в диапазоне темпертатур от до .
Вывод: в ходе работы были проанализированы диаграммы состояния и подобранные значения оптимальных параметров взаимодействия в твёрдом и жидком растворах, произведен расчет линии ликвидуса для модели идеального раствора и ее сравнения с экспериментальной. Можно сделать вывод, что для описания линии ликвидуса подходят модели квазирегулярного и регулярного раствора. Также расчёт и построение концентрационных зависимости активностей и коэффициентов активностей компонентов в твёрдом растворе при /2 в пределах области растворимости и в жидком растворе во всём диапазоне составов от х=0 до 1 при .