Материал: Kursovaya_Kryukova_8206

Рис. 3. Анализ возможности протекания процесса и выбор рабочей точки

2. Определение температурного диапазона синтеза соединения HgSe

1. Диапазон синтеза соединения HgSe равен 70-90% от :равновесие от 730,1 К до 938,7 К.

2. Выберем рабочую температуру = 843 К

3. Условия протекания процесса:

• Равновесие в системе ( ):

• Протекание процесса в прямом направлении ( ):

• Невозможность протекания процесса в прямом направлении (

Для обеспечения протекания процесса в прямом направлении выберем рабочую точку: ,

3. Анализ процессов сублимации и испарения исходных компонентов

1. Анализ процесса испарения Hg

Испарение Hg рассматривается при температуре от 298 К до температуры Т, ограничивающейся температурой плавления соединения HgSe. На этом промежутке Hg не испытывает полиморфное превращение (не плавится), поэтому при расчете изменения свободной энергии Гиббса для любой температуры Т достаточно использовать полученные выше формулы для случая системы, не испытывающей фазовый переход:

Примеры расчета:

;

;

;

Таблица 3: Значения рассчитанных термодинамических величин для вспомогательного процесса(испарения)

Рис. 4. Температурная зависимость равновесных давлений паров Hg

Выбираем расчетную температуру кипения Hg: Tрасч=625 K

Погрешность получившейся температуры составляет 0,7%

2. Анализ процесса сублимации Se

Рассчитаем значения основных термодинамических параметров для сублимации селена.

Реакция:

Примеры расчета:

Т.к. , то:

;

Для T=843 К:

;

Таблица 4: Значения рассчитанных термодинамических величин для Se

Рис. 5. Температурная зависимость равновесных давлений паров Se

Выбираем расчетную температуру кипения Se

Tрасч=909,1 K

Погрешность получившейся температуры составляет 4,6 %

3. Построение p-t-диаграмм

Термодинамические расчеты равновесий трех приведенных процессов позволяют построить первое приближение P-T-диаграмм для соединения HgSe в виде линий трехфазных равновесий в системе. Реальные диаграммы состояния отличаются от расчетных только в области температур, близкой к температуре плавления химического соединения.

В первом приближении процессы формирования различных типов дефектов в полупроводниковых химических соединениях можно считать напрямую зависящими от соотношения давлений.

Расчет стехиометрических давлений и давлений на границах области гомогенности выполним путем решения систем уравнений при каждой из анализируемых температур.

Примеры расчета (в примере представлены расчеты для Т=494):

Решая систему, получим:

4,637

6,33

Таблица 5: Значения давлений компонентов Hg и Se на границах области гомогенности и на линии стехиометрии

Рис. 6. P-T-диаграмма селенида ртути в координатах lg(P_A) – 1000/T

Рис. 7. P-T-диаграмма селенида ртути в координатах lg(P_B2) – 1000/T

Оценка диапазона изменения отношения давлений в пределах области гомогенности фазы HgSe при рабочей температуре позволяет правильно выбрать соотношение давлений компонентов для создания определенных электрофизических свойств формируемого материала. Например, для HgSe при температуре 843 К:

Это значит, что у HgSe может образоваться как n-тип электропроводности, так и p-тип электропроводности. Нам необходимо получить n-тип электропроводности, поэтому выберем соотношение давлений, при котором будет образовываться донорный эффект.

Условие для парциальных давлений: .