14 Лекция 2

1. Основные понятия равновесной и неравновесной термодинамики

В технологии ЭС используется большое количество процессов, описываемых с помощью термодинамических, кинетических и статистических законов. К таким процессам относятся физическое и физико-химическое осаждение и растворение слоев, электрохимические, плазменные, диффузионные процессы, создание контактов и др. Большинство технологий построено на процессах, связанных с высокими концентрациями энергий в обрабатываемых материалах, особенно в приповерхностных слоях, где формируются рабочие элементы ЭС. Это приводит к возникновению неравновесных состояний (напряжений). Электрофизические свойства твердых тел, реализуемых в ЭС, зависят от этих состояний, определяемых типом и концентрацией дефектов в твердом теле. Большинство электрофизических свойств полуфабрикатов ЭС, а следовательно, и выход годных изделий зависят от характера сил связей между атомами в слоях твердого тела и статистического распределения возможных дефектов в структуре этих слоев. Поэтому до описания физико-технологических процессов изготовления ЭС рассмотрим основы классической и статистической термодинамики, а также кинетические закономерности, необходимые для анализа и синтеза ТП производства ЭС.

Термодинамика– наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями.

Задачей тер­модинамики является феноменологи­ческое исследование свойств мате­риальных тел, характеризуемых ма­кроскопическими параметрами, на ос­нове общих законов, называемых на­чалами термодинамики, без выясне­ния микроскопических механизмов изучаемых явлений. Термодинамика основывается на трех началах. Первое является примене­нием закона сохранения энергии к явлениям, изучаемым термодинами­кой. Второе начало характеризует на­правление развития процессов, изу­чаемых в термодинамике. Третье начало накладывает ограничения на процессы, утверждая невозможность процессов, приводящих к достижению термодинамического нуля темпера­туры.

Обоснование законов термодинамики и их связь с законами движения отдельных частиц, из которых построены тела, дается статистической физикой.

1.1. Термодинамические системы

В механике состояние системы в данный момент времени полностью определяется, если известны положение и скорость каждой из ее точечных масс. Для системы, состоящей из Nточечных масс, необходимо знать6Nпеременных. Необходимо отметить, что такая форма информации не пригодна для теоретического анализа поведения системы в целом и является бесполезной с практической точки зрения.

В термодинамике используется другое, более простое понятие состояния системы. Действительно, использовать динамическое определение состояния неудобно, так как все системы, с которыми имеют дело в термодинамике, содержат очень много точечных масс (атомов или молекул), поэтому практически невозможно определить 6Nпеременных. Кроме того, в этом нет необходимости, потому что величины, с которыми приходится иметь дело в термодинамике, описывают средние свойства системы, следовательно, точное знание движения каждой точечной массы было бы излишним.