МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра микро- и наноэлектроники

Курсовая РАБОТА

По дисциплине «Физико-химические основы технологии изделий электроники и наноэлектроники»

Тема: «Термодинамический анализ физико-химического процесса».

Студентка гр. 8206		Крюкова И.А.
Преподаватель		Налимова С.С.

Санкт-Петербург

2020

Задание на курсовую работу

По дисциплине

"Физико-химические основы технологии изделий электроники и наноэлектроники"

Студент Крюкова И.А. Группа 8206 Руководитель Налимова С.С.

Тема "Термодинамический анализ физико-химического процесса".

Провести термодинамический анализ процесса выращивания монокристаллов (или эпитаксиальных слоев) соединения AB (HgSе) заданного типа (n) электропроводности из газообразных компонентов:

(1)

Считать, что основной процесс (1) проводится в условиях замкнутого или квазизамкнутого объема. Парциальные давления пара исходных компонентов (P_A и P_B2) в системе необходимо задавать и поддерживать постоянными в течение всего процесса синтеза путем сублимации (или испарения) конденсированных фаз компонентов A и B в независимых дополнительных температурных зонах реактора с температурами T_A и T_B соответственно.

Содержание:

1. Привести краткое описание структуры, свойств и применения заданного полупроводникового химического соединения, а также таблицу с необходимыми для термодинамического анализа исходными данными с указанием цитируемой литературы. Привести T-x проекцию диаграммы состояния двухкомпонентной системы (A–B) и крупномасштабную диаграмму состояния в области химического соединения АВ.

2. Рассчитать константу равновесия основного процесса и построить ее зависимость от температуры. Определить возможный диапазон температур синтеза соединения AB, в пределах выбранного диапазона указать конкретную температуру T_AB. Указать условия, обеспечивающие протекание основного процесса в прямом направлении и условие равновесия в системе при температуре T_AB.

3. Провести анализ процессов сублимации (или испарения) компонентов A и B. Построить температурные зависимости равновесных давлений паров компонентов и сравнить с экспериментальными данными из литературы.

4. Построить P_i–T диаграммы (линии трехфазного равновесия) в координатах lgP_B2 = f(1/T) и lgP_A = f(1/T). На тех же рисунках привести температурные зависимости парциальных давлений паров компонентов P_A(стех) и P_B2(стех), соответствующих стехиометрическому составу пара. Указать области p- и n-типов электропроводности. Оценить диапазон изменения соотношения P_A/P_B2 в пределах области гомогенности соединения AB при T_AB.

5. Рассчитать парциальные давления паров компонентов A и B, обеспечивающие протекание основного процесса. Оценить температуры дополнительных источников паров компонентов (T_A и T_B), необходимые для протекания процесса (1) в прямом направлении при T_AB.

Указать конкретные рекомендации по выбору термодинамических условий проведения процесса. Привести принципиальную схему реактора и распределение температуры в нем.

6. Оценить возможность окисления компонентов и необходимую степень откачки реактора или ампулы (принять максимально достижимый уровень вакуума в реакторе порядка 10^–10 атм).

Аннотация

В настоящей работе приведен термодинамический анализ процесса выращивания монокристаллов соединения HgSe n-типа электропроводности из газообразных компонентов.

Annotation

This work presents a thermodynamic analysis of the process of growing single crystals of HgSe compounds n-type of electrical conductivity from gaseous components.

Содержание

Введение 5

1. Описание структуры, свойств и применения селенида ртути

   1. Описание селенида ртути 6

   2. Исходные данные 7

2. Анализ синтеза соединения HgSe из газообразных компонентов 8

   1. Расчет значений основных термодинамических величин 8

   2. Определение температурного диапазона синтеза соединения HgSe 9

3. Анализ процессов сублимации и испарения исходных

компонентов 10

1. Анализ процесса сублимации ртути 10

2. Анализ процесса сублимации селена 11

1. Построение P-T-диаграмм 14

2. Определение термодинамических условий проведения процесса 17

3. Оценка возможности окисления компонентов 19

Заключение 22

Список литературы 23

Введение

Целью данной курсовой работы является определение возможности реализации процесса получения соединения HgSe из двух независимых источников, содержащих свободные компоненты Hg и Se, в условиях замкнутого объема в диапазоне температур 298…1500. Давление пара исходных компонентов задавалось путем сублимации твердой фазы или испарения жидкой фазы этих компонентов в дополнительных температурных зонах реактора.

1. Описание структуры, свойств и применения селенида ртути

1. Описание селенида ртути

Селенид ртути (HgSe) — это серо-черный кристаллический твердый полуметалл со структурой сфалерита. Постоянная решетки составляет 0,608 нм.

Получают селенид ртути путем нагревания селена и ртути в вакуумированной кварцевой ампуле. Также довольно редко встречается в природе в составе минерала тиманита. В воде не растворим. Рис.1

Являясь алмазоподобным полупроводником, селенид ртути кристаллизуется в структуре типа сфалерит или вюрцит. Химическая связь носит смешанный ковалентно-ионный характер. По сравнению с полупроводниками типа A3B5 в селениде ртути, как и во всех халькогенидах, сильнее выражена ионная составляющая связи, что обусловлено большими различиями в электроотрицательностях элементов, образующих соединение.

Селенид ртути является полупроводником n-типа проводимости, что объясняется внедрением атомов ртути в междоузлия или вакансиями в подрешетке селена. Примерное значение ширины запрещенной зоны селенида ртути 0,2 эВ.

Применяется в качестве материала для фоторезисторов и датчиков для измерения магнитных полей.