Аннотация

В ходе данной курсовой работы проводится анализ процесса выращивания монокристаллов (или эпитаксиальных слоев) соединения PbTe n-типа электропроводности из газообразных компонентов. Для этого рассчитываются константы равновесия для основного процесса, процесса сублимации (или испарения) отдельных компонентов реакции, а также процесса окисления компонентов реакции. На основе этих расчетов строятся зависимости константы равновесия от температуры. Анализируя эти зависимости, выбирается рабочая температура основного процесса (1000 K), определяются условия, обеспечивающие протекания реакции в прямом направлении (давления при ΔG<0), а также рассчитываются парциальные давления паров Pb и Te, обеспечивающие протекание основного процесса, для определения температуры дополнительных источников паров Pb

(T_Pb= K) и Te (T_Te= ).

ZUSAMMENFASSUNG

Während des Verlaufs dieser Arbeit analysiert Kristallwachstumsprozess (oder Epitaxialschicht) -Verbindung PbTe n-Typ-Leitfähigkeit der gasförmigen Komponenten. Für diesen Gleichgewichtskonstanten für den Basisprozess der Sublimation (oder Verdampfung) der einzelnen Reaktionskomponenten sowie den Prozess der Oxidation der Reaktionskomponenten berechnet. Auf der Grundlage dieser Berechnungen werden nach der Gleichgewichtskonstante von der Temperatur gebaut. Analyse dieser Abhängigkeiten ausgewählten Betriebstemperatur des Hauptprozesses (1000 K) definierten Reaktionsbedingungen in der Vorwärtsrichtung zu gewährleisten (Druck, wenn ΔG<0), und der berechnete Pb und Te Dampfpartialdruck zur Strömung des Hauptprozesses sicherzustellen, um die Temperatur der zusätzlichen Bestimmungs Ge Dampfquellen (T_Pb = K) und Te (T_Te = K).

Введение

Целью данной курсовой работы является термодинамический анализ условий получения полупроводниковых материалов из газовой фазы и определение возможности реализации этого процесса в условиях замкнутого и квазизамкнутого объема в диапазоне температур 298…1500К.

В качестве технологического метода выбираем метод синтеза соединения PbTe из двух независимых источников, содержащих свободные компоненты Pb и Te. Давление пара исходных компонентов будем задавать путем сублимации твердой фазы или испарения жидкой фазы этих компонентов в дополнительных температурных зонах реактора.

Для решения этой задачи нужно ответить на вопрос о возможности протекания основного процесса с использованием классической термодинамики.

1. Расчет константы равновесия основного процесса и построение ее зависимости от температуры. Определение возможного диапазона температур синтеза соединения PbTe, в пределах выбранного диапазона указать конкретную температуру T. Указание условий, обеспечивающих протекание основного процесса в прямом направлении и условие равновесия в системе при температуре Т.

Таблица 1. Расчет константы равновесия основного процесса.

T	H	S	G	ln Kp	1/T
298	-346,2	-199,221	-286,83	115,8	0,003356
600	-342,76	-191,25	-228,01	45,7	0,001667
722,7	-341,36	-189,12	-204,68	34,1	0,001384
1000	-338,197	-185,40	-152,80	18,4	0,001

Рис. 1. Зависимость константы равновесия основного процесса от температуры.

2.1. Проведение анализа процессов сублимации (или испарения) Pb и Te. Построение температурных зависимостей равновесных давлений паров компонентов и сравнение с экспериментальными данными из литературы.

Таблица 2. Расчет равновесного давления пара Pb

T	H	S	G	ln Kp	1/T
298	195,1	110,46	335,82	-135,6	0,003356
600	192,975	105,64	129,59	-26,0	0,001667
722,7	187,085	96,00	117,71	-19,6	0,001384
1000	184,139	92,56	91,58	-11,0	0,001

Рис. 2. Зависимость равновесного давления пара Pb от температуры.

Таблица 3. Расчет равновесного давления пара Te.

T	H	S	G	ln Kp	1/T
298	83,8	84,5	40,87	-16,5	0,003356
600	81,287	78,76	34,03	-6,8	0,001667
722,7	80,1	76,96	24,48	-4,1	0,001384
1000	59,677	49,22	10,46	-1,3	0,001

Рис. 3. Зависимость равновесного давления пара Te от температуры.

2.2. Построение P-T диаграмм.

Таблица 4. Расчет P-T диаграммы для Pb.

T	ln Kp 1	ln Kp 2	ln Kp 3	lg(P )гог	lg(P )стех	lg(P )гог	1/T
298	115,8	-65,5	-16,5	-28,48	-33,47	-43,18	0,00336
600	45,7	-26,0	-6,8	-11,30	-13,15	-16,92	0,00167
722,7	34,1	-19,6	-4,1	-8,52	-9,78	-13,05	0,00138
1000	18,4	-11,02	-1,3	-4,79	-5,23	-7,45	0,001

Рис. 4. Р-Т-диаграмма для Pb.

Таблица 5. Расчет Р-Т-диаграммы для Te.

T	ln Kp 1	ln Kp 2	Ln Kp 3	lg(P )гог	lg(P )стех	lg(P )гог	1/T
298	115,8	-65,5	-16,5	-14,4	-33,8	-43,8	0,003356
600	45,7	-26,0	-6,8	-5,9	-13,5	-17,2	0,001667
722,7	34,1	-19,6	-4,1	-3,5	-10,1	-12,6	0,001384
1000	18,4	-11,0	-1,3	-1,1	-5,5	-6,4	0,001

Рис. 5. Р-Т-диаграмма для Te.

3. Расчет парциальных давлений паров компонентов Pb и Te, обеспечивающих протекание основного процесса. Оценка температуры дополнительных источников паров компонентов Pb и Te, необходимых для протекания процесса (1) в прямом направлении при T.

4. Оценка возможности окисления компонентов и необходимой степени откачки реактора или ампулы.

Таблица 6. Расчет константы равновесия процесса окисления.

T, K	H	S	G	ln Kp	1/T, K
298	-217,86	-99,915	-188,09	76,0	0,003356
600	-216,85	-97,47	-158,37	31,8	0,001667
722,7	-221,836	-105,17	-145,83	24,3	0,001384
1000	-221,904	-105,21	-116,69	14,0	0,001

Рис. 7. Зависимость константы равновесия процесса окисления от температуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной курсовой работы был проведен анализ процесса выращивания монокристаллов (или эпитаксиальных слоев) соединения PbTe n-типа электропроводности из газообразных компонентов.

Была выбрана рабочая температура – 1000 K, рассчитаны константы равновесия для основного процесса (Kp=18,4 для рабочей температуры) и построена зависимость константы равновесия от температуры. Был проведен анализ процессов сублимации и испарения Pb и Te. Рассчитаны парциальные давления паров компонентов Pb и Te, обеспечивающих протекание основного процесса. На основе этих парциальных давлений были определены температуры дополнительных источников T_Pb= K и T_Te= K, необходимые для протекания основного процесса в прямом направлении при рабочей температуре.