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

Студент гр. 1282		Dungeon Master.
Преподаватель		Александрова О.А.

Санкт-Петербург

2023

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студент: Dungeon Master.
Группа: 1282
Тема работы: Термодинамический анализ физико-химического процесса
Исходные данные: Провести термодинамический анализ процесса выращивания монокристаллов соединения AB (SnS) заданного типа (р) электропроводности из газообразных компонентов:
Содержание пояснительной записки: «Содержание», «Заключение», «Список информационных источников»
Предполагаемый объем пояснительной записки: Не менее 20 страниц.
Дата выдачи задания: 12.09.2023
Дата сдачи курсовой работы: 14.11.2023
Дата защиты курсовой работы:
Студент гр. 1282		Dungeon Master.
Преподаватель		Александрова О.А.

Аннотация

Необходимо проанализировать условия синтеза соединения SnS. Получение моносульфида олова будет происходить в реакторе с 3-мя зонами: рабочей и двух дополнительных. В рабочей зоне осуществляется основная реакция получения моносульфида олова из двух конденсированных компонентов Sn и S₂. В дополнительных зонах реактора задается и поддерживается исходное давление паров этих компонентов путем сублимации или испарения.

Кроме термодинамических характеристик условий протекания процесса необходимо также определить характеристики получившегося соединения: точечные дефекты в кристалле, тип электропроводности.

SUMMARY

It is necessary to analyze the conditions for the synthesis of the SnS. The production of tin(II) sulfide will take place in a reactor with 3 zones: a working one and two additional ones. In the working area, the main reaction of producing tin(II) sulfide from two condensed components Sn and S₂ takes place. In additional zones of the reactor, the initial vapor pressure of these components is set and maintained by sublimation or evaporation.

In addition to the thermodynamic characteristics of the process conditions, it is also necessary to determine the characteristics of the resulting compound: point defects in the crystal, type of electrical conductivity.

Содержание

1 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ, СВОЙСТВ И ПРИМЕНЕНИЯ СОЕДЕНИЯ 5

1.1 Описание структуры 5

1.2 Свойства и получение 6

1.3 Применение 7

1.4 Данные для термодинамического анализа 8

2 АНАЛИЗ ОСНОВНОГО ПРОЦЕССА 9

2.1 Расчет параметров реакции при стандартных условиях 9

2.2 Расчет параметров реакции при необходимых условиях 10

2.3 Выбор рабочей точки и анализ условий протекания процесса 11

3 АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ СУБЛИМАЦИИ 14

3.1 Анализ сублимации олова Sn 14

3.2 Анализ сублимации серы S₂ 17

4 ПОСТРОЕНИЕ p_i – T ДИАГРАММ И ОЦЕНКА ДИАПАЗОНА ИЗМЕНЕНИЯ СООТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ ВЕЩЕСТВ 20

4.1 Определение границ области гомогенности для двух компонентов 20

4.2 Определение линии стехиометрии и построение p_i – T-диаграмм 21

5 НАХОЖДЕНИЕ ПАРЦИАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ ПАРОВ И ТЕМПЕРАТУР КОМПОНЕНТОВ 24

5.1 Расчет давлений двух компонентов 24

5.2 Расчет рабочих температур компонентов 25

6 ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ОКИСЛЕНИЯ КОМПОНЕНТА А 27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ 29

1 Краткое описание структуры, свойств и применения соедения

1. Описание структуры

Сульфид олова (II) один из четырех полупроводников со слоистой структурой (рисунок 1). При температурах до 905К образует темно-коричневые кристаллы ромбической сингонии, принадлежащей к пространственной группе Pcmn (в обозначениях Германа – Моргена). То есть имеет примитивную решетку Браве с параметрами: a = 1.118 нм, b = 0.398 нм, с = 0.432 нм. При температуре 905К происходит переход в фазу ромбической сингонии, пространственной группы Cmcm. То есть имеет дополнительный узел в центре С-грани [4].

Рисунок 1 – Модель кристаллической структуры моносульфида олова [3]

2. Свойства и получение

Слои катионов в сульфиде олова (II) держатся друг за дружку только благодаря Ван-дер-Ваальсовым связям, что обеспечивает относительно химически инертную поверхность и как следствие - отсутствие плотности квантовых состояний на поверхности. В свою очередь это привлекательно возможностью создания различных гетероструктурных переходов на основе SnS. Обладает двумя запрещенными зонами - прямой (1.3 эВ) и непрямой (1.09 эВ). Прямая запрещенная зона находится в диапазоне, подходящем для поглощения солнечной энергии [3].

Существует в двух модификациях α и β. В природе встречается герценбергит (α-SnS), редкий минерал. При температурах выше 905К SnS претерпевает фазовый переход второго рода в β-SnS. Не растворим в воде, но растворим в концентрированной соляной кислоте [4].

Получают сплавлением стехиометрических составов олова и серы, осаждением из водных растворов солей Sn(II) с H₂S в присутствии H₂SO₄. Монокристаллы и эпитаксиальные плёнки выращивают химическим осаждением из газовой фазы, методами химических транспортных реакций, а также направленной кристаллизацией из расплава [5].

Фазовая диаграмма состояния SnS представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Фазовая диаграмма состояния Sn-S [6]