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.		Денис Хамитов
Преподаватель		Игорь Вихорьков

Санкт-Петербург

202Х

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студент:
Группа:
Тема работы: Термодинамический анализ физико-химического процесса
Исходные данные: Провести термодинамический анализ процесса выращивания монокристаллов соединения AB (ZnS) заданного типа (p) электропроводности из газообразных компонентов:
Содержание пояснительной записки: Работа содержит «Содержание»; «Введение»; «Основную часть»; «Заключение»; «Список литературы»
Предполагаемый объем пояснительной записки: Не менее 20 страниц.
Дата выдачи задания:
Дата сдачи реферата:
Дата защиты реферата:
Студент
Преподаватель

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Справочные данные и описание соединения 5

1.1 Описание структуры 5

1.2 Свойства сульфида цинка 5

1.3 Применение сульфида цинка 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 произвольно выбранной температуре 10

2.3 Выбор рабочей точки и анализ условий протекания процесса 11

3. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА сублимации исходных компонентов 13

3.1 Анализ процесса сублимации Zn 13

3.2 Анализ процесса сублимации S 16

4. построение P-T диаграмм 19

4.1 Определение границ области гомогенности для двух компонентов 19

4.2 Определение линии стехиометрии и построение P-T диаграммы 19

5. Определение термодинамических условий проведения процесса 21

5.1 Расчет давлений двух компонентов 21

5.2 Расчет рабочих температур двух компонентов 23

6. Оценка возможности окисления компонента А 23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 29

Введение

Цель курсовой работы — проведение термодинамического анализа процесса формирования полупроводникового соединения ZnS с p-типом электропроводности. Метод синтеза из двух независимых источников Zn и использовался для формирования этого соединения, где давление пара исходных компонентов задавалось сублимацией (испарением). Данный метод обеспечивает создание соединения путем контролируемой сублимации или испарения исходных компонентов в специальных условиях реактора, что позволяет точно регулировать давление пара этих компонентов в процессе формирования соединения ZnS.

1. Справочные данные и описание соединения

1.1 Описание структуры

Сульфид цинка — бинарное неорганическое соединение цинка и серы.

В природе ZnS встречается в виде минералов сфалерита α-ZnS (цинковая обманка) — основного сырья для получения цинка и вюрцита β-ZnS, — редкого минерала с таким же химическим составом, но отличающегося от сфалерита типом кристаллической решётки.

Параметры кубической модификации (α-ZnS): . Параметры гексагональной модификации (β-ZnS): , [1].

а б

Рисунок 1 – Сульфид цинка: а – Сфалерит, б – Элементарная ячейка сфалерита

1.2 Свойства сульфида цинка

Сульфид цинка — это химическое соединение с формулой ZnS, он является полупроводником типа A₂B₆. За стандартное состояние ZnS в интервале 0 - 1293 К принимается кубическая модификация (сфалерит), а при температурах 1293 – 2100 К – гексагональная модификация (вюрцит)[2]. Запрещенная зона составляет 3,25 эВ для сфалерита и вюрцита[3]. Во влажном воздухе сульфид цинка окисляется до сульфата. В воде нерастворим, в кислотах растворяется с образованием соответствующей соли цинка и выделением сероводорода. При легировании следами меди, кадмия, серебра и других металлов приобретает способность к люминесценции.

Сульфид цинка может быть получен пропусканием газообразного сероводорода через водные растворы солей цинка, например, хлорида, обменной реакцией водорастворимой соли цинка с водорастворимым сульфидом, например, щелочных металлов, прямым синтезом из элементов — сплавлением порошков цинка и серы [2].

Температура плавления ZnS составляет 2100 К или 1827 , значит изделия из сульфида цинка могут работать при высоких температурах без разрушения структуры. [4]

Рисунок 2 - T-x проекция диаграммы состояния системы Zn-S [5]

1.3 Применение сульфида цинка

В CRT-мониторах на внутреннюю поверхность экрана наносят люминофор ZnS. Для получения разных цветов можно использовать различные типы люминофоров ZnS. Например, ZnS: Ag (сульфид цинка, легированный серебром) излучает сине-зеленый свет, а ZnS: Cu (сульфид цинка, легированный медью) — желто-зеленый свет. Комбинируя различные люминофоры, можно получить полноцветное изображение.

Фотодетекторы на основе ZnS способны обнаруживать свет в ультрафиолетовом (УФ) и видимом диапазонах электромагнитного спектра. Фотодетекторы на основе ZnS используются в таких областях, как датчики УФ-излучения для мониторинга окружающей среды, системы обнаружения пламени и в некоторых оптических системах связи.

Тонкопленочные транзисторы (ТПТ) являются важными компонентами в плоских дисплеях, где они используются для управления пикселями. В качестве активного слоя в ТПТ можно использовать ZnS. Преимущество использования ZnS в ТПТ заключается в его относительно высокой подвижности электронов, что позволяет достигать более высоких скоростей переключения. Это приводит к улучшению характеристик дисплея, таких как более высокая частота обновления и улучшенное качество изображения. Кроме того, ТПТ на основе ZnS могут быть изготовлены при относительно низких температурах, что полезно для совместимости с гибкими подложками, что позволяет разрабатывать гибкие дисплеи.

Светоизлучающие диоды (LED): хотя ZnS не так распространен в коммерческих светодиодах, как другие полупроводниковые материалы, он обладает потенциалом в определенных типах светодиодных применений. ZnS можно использовать для создания гетероструктурных светодиодов. Светодиоды на основе ZnS могут излучать свет в синей и зеленой областях спектра [6].