МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра микро- и наноэлектроники

Курсовая РАБОТА

«Физико-химические основы технологии изделий электроники и наноэлектроники»

Тема: «Термодинамический анализ физико-химического процесса»

К ЗАЩИТЕ

температура источника Te

Анализ окисления, см. задачу в ЛК

Студент гр. 8204		Овсянников А.И.
Преподаватель		Максимов А. И.

Санкт-Петербург

2020

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студент Овсянников А.И.
Группа №8204
Тема работы: Термодинамический анализ физико-химического процесса
Исходные данные: Провести термодинамический анализ процесса выращивания монокристаллов (или эпитаксиальных слоев) соединения SnTe заданного типа n электропроводности из газообразных компонентов: Snгаз + ½ Te2 газ = SnTeтв
Содержание пояснительной записки: «Содержание», «Введение», «Заключение», «Список использованных источников»
Предполагаемый объем пояснительной записки: Не менее 24 страниц.
Дата выдачи задания: 01.09.2020
Дата сдачи курсовой работы: __.__.2020
Дата защиты курсовой работы: __.__.2020
Студент		Овсянников А.И
Преподаватель		Максимов А. И.

Аннотация

Данная курсовая работа состоит из шести частей. В первой части приведено краткое описание соединения. Во второй части проводится анализ условий протекания процесса синтеза SnTe в прямом направлении и определяются необходимые для этого термодинамические параметры. В третьей части исследуется процесс сублимации компонентов соединения. Четвёртая часть представляет собой исследование стехиометрии состава. Пятая часть работы - определение парциальных давлений паров компонентов данного соединения и температур в реакторе, необходимых для выращивания монокристаллов исходного соединения. Шестая часть работы посвящена анализу возможности процесса окисления в реакторе.

Результатом проведенных исследований является получение необходимых термодинамических условий и параметров для реализации процесса синтеза данного соединения в реакторе.

Summary

This course work consists of six parts. The first part provides a brief description of the connection. In the second part, the conditions of the synthesis SnTe in the forward direction are analyzed and the thermodynamic parameters necessary for this are determined. The third part examines the process of sublimation of the components of the compound. The fourth part is a study the stoichiometry of the composition. The fifth part of the work is the determination of the partial vapor pressures of the components of a given compound and the temperatures in the reactor required for growing single crystals of the initial compound. The sixth part of the work is devoted to the analysis of the possibility of the oxidation process in the reactor.

The result of the research is obtaining the necessary thermodynamic conditions and parameters for the implementation of the synthesis SnTe in the reactor.

Содержание

Введение 5

1. Краткое описание соединения и необходимые данные 6

3. Исследование сублимации компонентов 11

4. Построение P-T диаграмм в координатах и и построение температурных зависимостей парциальных давлений паров компонентов и Обозначение областей p- и n- типов электропроводности. Оценка диапазона изменения в пределах гомогенности соединения SnTe. 18

5. Расчёт парциальных давлений паров и температур компонентов Sn и Te, обеспечивающих протекание основного процесса (T=880 К). 22

6. Оценка возможности окисления компонентов 26

Заключение 29

Список литературы 30

Введение

Цель данной курсовой работы состоит в проведении термодинамического анализа процесса выращивания монокристаллов ( из их газообразных компонентов в специальном реакторе.

Основные задачи, поставленные в курсовой работе, заключаются в расчете параметров и определении условий протекания процесса синтеза.

Для выполнения поставленных задач используем вычислительные методы определения термодинамических величин, и их анализ и сравнение.

1. Краткое описание соединения и необходимые данные

Теллурид олова — полупроводник, представляет собой соединение олова и теллура (SnTe). Имеет широкую одностороннюю область гомогенности, высокую концентрацию собственных дефектов (катионных вакансий) и носителей заряда p-типа (~ 10²⁰—10²¹ см⁻³), бесцветные или слегка желтые кристаллы, не растворяется в воде, токсичен.

Данное соединение входит в состав термоэлектрических материалов, применяется в качестве датчиков инфракрасного излучения и в качестве температурных датчиков.

Вещество, фаза	ΔH0f298, Дж/моль	ΔS0f298, Дж/(K*моль)	C0p, Дж/(моль*K)		ΔHпл, Дж	Tпл, К	Источник
			a, Дж/(моль*K)	b, Дж/(моль*K^2)
Sn(газ.)	301500	168,50	31,59	0,00203	-	-	[3]
Te2(газ.)	168200	268,1	36,7	-	-	-	[7]
SnTe(кр.)	-60700	98,70	47,95	0,0118	45217	1079	[3], ∆Hпл из [1]
Sn(тв.)	0	51,20	21,59	0,01816	7200	505	[3], ∆Hпл из [2]
Te(тв.)	0	49,70	19,12	0,02209	17585	723	[3], ∆Hпл из [1]
O2(газ.)	0	205,03	29,35	0	-	-	[6]
SnO(тв)	-286000	56,74	39,96	0,01464	-	1350	[4], 𝑇пл из [5]

Таблица 1. Термодинамические свойства исходных компонентов и продуктов реакции.

Рис.1. T-x диаграмма системы Sn-Te.

Рис.2. Структура соединения Sn-Te.

(Серый – Sn, зелёный- Te)

2. Расчет термодинамики основного процесса

Реакция

1)

2)

3)

4)

Рабочая температура

Таблица 2. Данные для основной реакции.

T, K
	-446300,00	-203,85	-385552,70	155,69
	-446109,35	-203,36	-343410,53	81,83
	-445908,58	-203,03	-299114,99	49,79
	-445763,98	-202,85	-267253,34	36,55
	-445580,70	-202,67	-226905,16	25,31

Необходимо определить возможный диапазона температур синтеза SnTe и выбрать конкретную реальную рабочую температуру T_SnTe:

Нижняя граница температур: T_н= 0,7*T_плSnTe = 755,3 К.

Верхняя граница температур: T_в= 0,9*T_плSnTe = 971,1 К.

Рабочую температуру я возьму равную T_раб = 880 К.

Для выбора рабочей точки необходимо значение при T_раб ненамного уменьшить и получить , чтобы точка лежала в области ∆G<0.

Проверка выполнения условия протекания реакции.

Рис. 3. Зависимость от обратной температуры для основной реакции.

На графике отмечены: