5. Оценка возможности окисления кадмия и необходимой степени откачки реактора.

В атмосфере реактора неизбежно будет присутствовать кислород, который будет окислять вещества, участвующие в реакции. Рассмотрим окисление кадмия:

Cd^(тв) + 0.5 O₂^(г) = CdO^(тв)

Константа равновесия для этой реакции:

К_Р = ΔG_T/RT = (1/Р_О2^1/2)_равн

ΔG_T = -RTln(Kp)_реал + RTln(Kp)_равн

ΔG_T = -RTln(1/Р_О2^1/2)_равн + RTln(1/Р_О2^1/2)_реал

ΔG_T = 0,5RTln(P_O2)_равн – 0.5RTln(P_O2)_реальн

Поскольку процесс окисления нежелателен, будем искать условия при которых процесс будет термодинамически невыгоден, то есть изменение свободной энергии Гиббса положительно.

ΔG_T > 0

Выполняется, если (P_O2)_равн > (P_O2)_реальн

Расчет:

На основании закона Гесса рассчитаем стандартную энтальпию процесса ΔH^o₂₉₈:

ΔH^o₂₉₈=Σνi ΔH^o_f,298(кон)- Σνi ΔH^o_f,298(исх) , где νi-число молей вещества.

ΔH^o₂₉₈= ΔH^o_{f,298 (CdО}^тв₎-( ΔH^o_{f,298 (Cd}^тв₎+ ΔH^o_{f,298 (О2}^г₎) = -256,1 кДж

Расчитаем стандартную энтропию процесса ΔS^o₂₉₈:

ΔS^o₂₉₈ = Σνi ΔS^o₂₉₈(кон)- Σνi ΔS^o_f,298(исх)

ΔS^o₂₉₈ = ΔS^o_{298 (CdО}^тв₎-( ΔS^o_{298 (Cd}^тв₎+ ΔS^o_{298 (О2}^г₎) = 54,8-51,76-0,5∙205,03 = -99,475 Дж/К

Свободная энергия Гиббса:

ΔG^o₂₉₈ = ΔH^o₂₉₈ – 298ΔS^o₂₉₈

ΔG^o₂₉₈ = -256100 + 298∙99,475 = -226,456 кДж

lg(Kp) = - ΔG^o₂₉₈/(298Rln(10)) = 226456,4/(298∙8,31∙ln10) = 39,715

ΔG^o₈₀₀ = ΔH^o₂₉₈ – 800ΔS^o₂₉₈ + ₂₉₈∫⁸⁰⁰ΔCp^odT – 800₂₉₈∫⁸⁰⁰(ΔCp^o/T)dT = -256100 + 800∙99,475 + 2,805∙(800-298) - 800∙2,805∙ln(800/298) = -177,328 кДж

lg(Kp) = - ΔG^o₈₀₀/(800Rln(10)) = 11,584

T,K	∆G0,кДж/моль	lgKp
298	-226,456	39,715
800	-177,328	11,584

Окисления кадмия избежать невозможно, рекомендуется откачать воздух до минимально возможного, т.к. малое количество кислорода не сможет сильно окислить кадмий.

8. Выводы

1. Процесс получения сульфида кадмия n-типа электропроводности путем выращивания эпитаксиальных слоев из газообразных компонентов возможен с точки зрения термодинамики при предлагаемых условиях проведения процесса:

T_Cd = 847 К

T_Te2 = 625К

T_CdTe = 1200 К

В качестве рекомендаций можно предложить откачать ампулу реактора до максимального высокого вакуума, не использовать нижние слои полупроводникового соединения.

Приведем принципиальную схему реактора и приблизительное распределение температур:

T_Cd = 847К

T_Te2 = 625К

T_CdTe = 1200К

P_Cd = 4∙10^-2атм

P_Te2 = 0.9 атм

CdTe

Te2

Cd

Рис. 4.1. Принциапиальная схема реактора с тремя температурно независимыми зонами: A – для подогрева и испарения Cd, B – для подогрева и испарения Te₂, AB – для синтеза CdTe.

T_A

T_B

T_AB

9. Список использованной литературы

1. Горелик С.С., Дашевский М.Я., «Материаловедение полупроводников и диэлектриков», Москва: Издательство МИСИС, 2003

2. Луцкая О.Ф., Чеснокова Д.Б., Максимов А.И., «Химические и фазовые равновесия в технологии материалов электронной техники», СПб.: Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2005

Температура плавления соединения CdTe соответствует 1092 °С. Максимум на кривой ликвидус смещен в сторону избытка теллура относительно стехиометрического состава на 4- 10 4 % (ат.) . Соединение CdTe имеет узкую область гомогенности: при 727 °С она простирается на 2- 10-4 % (ат.) как в сторону избытка Cd, так и в сторону избытка Те .

Вырожденные эвтектики со стороны Cd и Те имеют температуру плавления чистых металлов. Результаты термодинамических расчетов фазовых равновесий в системе Cd—Те находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

Температура плавления CdTe понижается с увеличением давления . Соединение CdTe может существовать в двух модификациях: в структуре типа вюртцита и сфалерита.

15