Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Южный Федеральный университет

Технологический институт

Южного Федерального университета в г. Таганроге

Реферат:

По дисциплине: «Применение микропроцессов в технологии радиоэлектронных средств»

На тему: «Архитектура персонального компьютера»

Выполнил студент группы Э-40:

Комаров И.А.

Проверил:

к.т.н. ,доцент Спиридонов Б. Г.

Таганрог 2013

Содержание:

1. Введение.

2. Первый закон термодинамики. Энтропия системы.

3. Основные термодинамические функции.

4. Производные термодинамических функций.

5. Тепловой эффект изохорных и изобарных процессов.

6. Уравнение состояния идеального газа.

7. Термодинамические функции для однокомпонентного идеального газа.

8. Изобарно-изотермическое смешение двух газов. Энтропия смешения.

9. Уравнение состояния твердого тела.

10. Потеря устойчивости поверхностью при внешнем электрическом поле.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие микроэлектроники привело к необходимости осваивать субмикронный диапазон размеров элементов и двигаться дальше, углубляя уровень микроминиатюризации. В настоящее время ведется интенсивный поиск физических принципов для разработки технологических методов освоения элементной базы максимальным размером элементов не более 100 нм.

Успехи современного материаловедения, изобретение туннельного электронного микроскопа, развития методов туннельно-зондового массопереноса [1], особенно способствовали продвижению исследований микротехнологии в область нанометрового диапазона размеров исследуемых объектов [2]. Разработка технологии молекулярно лучевой эпитаксии вместе с прогнозируемыми тенденциями развития техники приводит к осознанию того, что на смену микроэлектронике в ближайшем будущем придет наноэлектроника, исследования в области которой ведутся во всем мире.

В зависимости от того, в каком измерении искомый объект содержит нанометровый размер нанотехнология подразделяется на одномерную, предметом интересов которой являются методы формирование тонких пленок, в которых нанометровый размер ориентирован только в направлен её толщины. Двумерная нанотехнология занимается получением структур на пленках, у которых хотя бы один нанометровый размер ориентировался в боковом направлении. К этим структурам можно отнести углеродные нанотрубки, элементы вакуумной микроэлектроники. Трехмерная нанотехнология имеет дело с объектами, все три измерения которых имеют нанометровую структуру, например нанодисперсные частицы. Трехмерная нанотехнология включает в себя также методы формирования трехмерных элементов макроскопических размеров, объем которых имеет структуру, состоящую из наноразмерных частиц. Совершенно очевидно, что все три ветви нанотехнологии не будут представлять собой абсолютно независимые отрасли, а будут взаимодействовать, пересекаться друг с другом, и, тем не менее, в каждой ветви имеются свои специфические особенности, позволяющие рассматривать их как нечто в определенном смысле самодостаточное [2].

Многие традиционные технологические методы основаны на принципах равновесной термодинамики, движущим фактором которой является свободная энергия системы. Вместе с тем самопроизвольно и необратимо процессы, обусловленные фазовыми превращениями в парогазовой фазе, в расплавах или растворах протекают только при закритических размерах зародышей новой фазы. Для большинства материалов характерная величина критического радиуса центра кристаллизации (конденсации) имеет порядок 100 нм, что является максимальным размером элементов структуры нанодиапазона.

Однако, как указывал Я.И. Френкель, простой переход от изучения свойств элементов больших размеров к элементам малых размеров сталкивается с проблемой малых размеров. Проблема заключается в том, что при малых размерах зародышей отно­шение площади поверхности к их объему оказывается весьма большим по сравнению со случаем обычных макроскопических тел. Соответственно на начальной стадии формирования зародышей, при оценке свободной энергии образуемой ими системы исходная фаза-зародыш в чрезвычайной степени возрастает роль поверхност­ной энергии и поверхностного натяжения. В процессе эволюции атомарных образований малых размеров выигрыш в свободной энергии оказывается недостаточным для покрытия энергетических затрат на увеличение поверхности нового зародыша.

Таким образом, следует ожидать, что использование физических принципов равновесной и, даже неравновесной, термодинамики является только первым приближением описания методов нанотехнологии. Решающим может быть только совместное применение методов кинетической теории фазовых превращений, химической кинетики и методов квантовой химии. Здесь приводится краткий обзор кинетической теории начальной стадии фазовых превращений при конденсации в парогазоврй фазе и кристаллизации расплавов, положения которой могут служить основой построения физико-технологических процессов формирования наноструктурированных слоев, как методами лазерного напыления, так и методами роста из молекулярных пучков.

1. Кинетическая теория фазовых превращений.

1. Элементы термодинамики фазовых превращений.

1.1. Первый закон термодинамики. Энтропия системы.

Если к системе повести некоторое количество тепла, то часть его расходуется на увеличение внутренней энергии и часть на совершение работы:

(1)

– количество тепла, подводимое к системе;

– изменение внутренней энергии системы;

– работа, совершаемая при подведении тепла к системе.

Если работа связана с расширением системы, то и тогда получаем

(2)

Это первый закон термодинамики (ПЗТ). В таком виде ПЗТ представляет собой закон сохранения энергии, но не дает возможности определить в каком направлении и почему протекает процесс. Поэтому попытаемся найти еще одну функцию, для чего левую и правую часть уравнения (2) умножим и разделим на температуру:

и введем новую функцию

, (3)

Новую функцию будем называть энтропией.

С учетом энтропии можно получить соотношение для внутренней энергии системы

(4)

Если в систему ввести некоторое количество вещества, то внутренняя энергия системы также будем увеличиваться:

(5)

где - химический потенциал, величина которого определяется количеством энергии, которая вводится в систему при добавлении к ней одного атома 3.

2.1. Основные термодинамические функции.

Внутренняя энергия системы является первой термодинамической функцией системы. Если при подведении тепла увеличивается не только ВЭ системы, но при этом система расширяется, то тепловой эффект (ТЭ) системы будет равен:

. (6)

ТЭ системы в этом случае называется энтальпией. С учетом ВЭ системы энтальпию можно представить в виде:

. (7)

Энтальпия является второй термодинамической функцией.

В технологии микроэлектроники большинство процессов осуществляется при постоянной температуре и постоянном объеме . Типичным процессом, протекающим при постоянной температуре и объеме, является получение монокристаллов из расплава. В термодинамике такой процесс называется изохорным. Для описания состояния системы, в которой осуществляется изохорный процесс (ИХП), вводится термодинамическая функция - свободная энергия Гельмгольца (потенциал Гельмгольца)

. (8)

С учетом (4) свободную энергию Гельмгольца можно представить в виде:

. (9)

Процессы, протекающие при постоянной температуре и постоянном давлении в системе, называют изобарными (ИБП). Типичным процессом, протекающем при постоянной температуре и давлении является получение монокристаллов из парогазовой фазы. Для описания состояния системы, в которой осуществляется изобарный процесс (ИБП), вводится термодинамическая функция - свободная энергия Гиббса (потенциал Гиббса)

, (10)

которую с учетом (7) можно представить в виде:

. (11)

Свободной энергией в термодинамике является та часть внутренней энергии системы, которая может быть преобразована в работу. Например, при фазовых превращениях, эта энергия расходуется на образование и развитие поверхности, которая разделяет центры новой, сконденсированной фазы и исходную жидкую или парогазовую фазу [4].