1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В. И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра микрорадиоэлектроники и

технологии радиоаппаратуры.

ОТЧЕТ ЛР №1

по дисциплине «Физические основы микро и наноэлектроники»

Тема: КАСКАДНАЯ ПЛАВКА.

Студент гр. 0182 ______________ Бронников Д. Д.

Преподаватель ______________ Верёвкин А. П.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы заключается в исследовании математической модели фазовых переходов и массопереноса на примере процесса зонной плавки, используемой дли очистки веществ от примесей.

Растворами называют смесь двух или нескольких веществ. Существуют также твердые растворы, т. е. кристаллы, содержащие различные атомы (ионы, молекулы). Твердые растворы металлов называются сплавами.

В термодинамике вводятся функции состояния системы (термодинамический потенциал):

• Внутренняя энергия

• Свободная энергия

• Энтальпия

• Термодинамический потенциал Гиббса

• Химический потенциал

Условие равновесия фаз.

Рассмотрим систему из двух фаз, находящихся в равновесии друг с другом. Фазой называем физически однородную часть системы, отличающуюся своими свойствами от других частей и отделенную от них четко выраженной границей. В двухфазной системе термодинамический потенциал зависит, кроме P(давлений) и T(температур), от числа частиц в каждой фазе N1 и N2(Равенства химических потенциалов: M1 = M2)

(1)

величины, различные в обеих фазах. Отношение (1) носит название коэффициента разделения или коэффициента сегрегации – K0. При соприкосновении твердой и жидкой фаз: K0=Cs/CL.

Диффузия.

Растворенное вещество переходит из мест с большей в места с меньшей концентрацией до тех пор, пока состав раствора не станет одинаковым по всему объему, этот процесс называется диффузией. Принять участие в диффузии могут атомы, покидающие свои места в решетке, переходя от одного узла к другому. Диффузия осуществляется постепенно. В жидкостях, как и в газах, под действием поля сил тяжести может происходить выравнивание состава среды, сопровождающееся ее движением. Это явление называется конвекцией в направлении конвекционных потоков выравнивание концентрации происходит гораздо быстрее, чем за счет истинной диффузии.

Зонная очистка.

При очистке материалов от примесей данным методом стержень этого материала пропускают чрез катушку индукционного нагревателя рис 1. При этом часть стержня, находящаяся вблизи катушки, плавится и перекрестализуется. А примеси собираются на одном из его концов (смотря по тому, больше или меньше единицы коэффициент сегрегации К.)

1-примеси; 2-графитовая лодочка; 3- индукционные нагреватели; 4-чистый алюминий; 5-расплавленная зона

Метод получения очень чистых веществ, основанный на повторении несколько раз такой зонной плавки, называется попроходной зонной очисткой.

Опыт 1.

Концентрации в растворе в зависимости от положения по оси x. С одной примесью, с постоянной концентрацией.

Упражнение 1.

Концентрация C=30.

Концентрация С=36.

Концентрация С=40.

Упражнение 2.

Длина L стержня меняется при постоянной С=30.

Упражнение 3.

K при С=30.

Опыт 2.

Концентрации в растворе в зависимости от положения по оси x. С одной примесью, с изменяющейся концентрацией.

Упражнение 1.

Упражнение 2.

Упражнение 3.

Опыт 3.

Концентрации в растворе в зависимости от положения по оси x. С двумя примесями, с изменяющейся концентрацией.

Упражнение 1.

Упражнение 2.

Упражнение 3.

Вывод.

Я изучил метод зонной очистки на модели при помощи компьютера в предполагаемой к использованию программе. Вид предельного распределения не зависит от вида начального распределения примесей.