Моделирование процесса массопереноса летучего компонента в системе слабый раствор-газ

• Автор: Лютиков, Александр Романович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 133 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Макроскопическое описание процессов поглощения и испарения

летучего компонента в системе жидкость-газ

1.1.1 .Испарение летучего компонента из слабого раствора в газ_

1.1.2. Поглощение одноатомного газа

1.1.3. Влияние гравитационного поля на распределение концентрации летучего компонента в рас шоре

1.2. Численные методы исследования структурных и физических свойств веществ

1.2.1. Потенциалы парного взаимодействия
1.2.2. Детерминистические методы моделирования
1.2.2.1. Метод молекулярной динамики
1.2.3. Стохастические методы
1.2.3.1. Броуновская динамика
1.2.3.2. Метод Монте-Карло
ВЫВОДЫ К ПЕРВОЙ ГЛАВЕ
2. МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ПОГЛОЩЕНИЯ ЛЕТУЧЕГО КОМПОНЕНТА СЛАБЫМ РАСТВОРОМ НЕЛЕТУЧЕГО РАСТВОРИТЕЛЯ
2.1 Модель поглощения одноатомных молекул летучего компонента в гравитационном поле
2.2. Модель поглощения двухатомных молекул летучего компонента в гравитационном поле
2.3. Особенности численного решения модели
2.4. Обсуждение результатов макроскопического моделирования процесса поглощения летучего компонента слабым раствором
ВЫВОДЫ КО ВТОРОЙ ГЛАВЕ
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТЬ-ГАЗ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
3.1. Реализация метода молекулярной динамики для двухфазных систем

3.2. Вычисление параметров межмолекулярнош потенциала
3.4. Краткое описание программы молекулярно-динамического
моделирования двухфазной системы «жидкосгь-газ»
ВЫВОДЫ К ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ
4. МОЛЕКУ ЛЯРНО-ДИНАМИ ВЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСПАРЕНИЯ ЛЕТУЧЕГО КОМПОНЕНТА ИЗ СЛАБОГО РАСТВОРА В ВАКУУМ
4.1. Модель испарения молекул летучего компонента в вакуум
4.2. Обсуждение результатов моделирования процесса испарения летучего компонента в вакуум
ВЫВОДЫ К ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ
5. МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОГЛОЩЕНИЯ ЛЕТУЧЕГО КОМПОНЕНТА РАСТВОРОМ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
5.1. Модель поглощения молекул летучего компонента тонким слоем слабого раствора в нелетучем растворителе из газовой фазы
5.2. Обсуждение результатов моделирования процесса поглощения летучего компонента тонким слоем раствора в нелетучем растворителе из газовой фазы
ВЫВОДЫ К ПЯТОЙ ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В современной твердотельной электронике предъявляются высокие требования к получению материалов с точно заданным составом, незначительные изменения в содержании компонента могут резко повлиять на свойства материала. Это определяет повышенные требования к контролю технологических операций, что требует глубокого изучения закономерностей протекания отдельных процессов, включая их математическое описание. В частности, в таких основных технологических операциях производства полупроводниковых приборов, как молекулярно-лучевая эпитаксия, жидкофазная эпитаксия широко используются процессы с присутствием явления межфазного массопереноса. Необходимо иметь точные модели, позволяющие описать всю совокупность протекающих процессов, с учетом влияния внешних факторов, например, гравитационного поля.
Исследование процесса массопереноса летучего вещества в системе газ - конденсированная фаза можно использовать для получения важной информации о величине потенциальных барьеров на границе раздела фаз, механизме транспортировки и структуре переходного слоя. Кинетика межфазного массопереноса будет определяться структурой и свойствами пограничного слоя газа и приповерхностной области жидкости. При макроскопическом описании оперируют усредненными величинами, поэтому исследование процессов в переходной области между фазами в рамках этого подхода затруднительно. Микроскопические методы моделирования, такие как метод молекулярной динамики или метод Монте-Карло, позволяют моделировать термодинамические и структурные свойства веществ в различных агрегатных состояниях. Для корректно определенной модельной системы эти данные эквивалентны

все координаты на соответствующий коэффициент. Обозначим полную потенциальную энергию старой и новой конфигураций соответственно II и и а соответствующие объемы ячейки V и V'. Если величина
ЛГ = (Г/' - 11) + Р(у - V) - МкТЫУ / V) (1.60)
отрицательна, принимается новая конфигурация. Если она положительна, новая конфигурация принимается только с вероятностью ехр(-А1¥>'кТ). Повторение этой процедуры генерирует последовательность конфигураций, распределенных в фазовом пространстве с плотностью вероятности, которая пропорциональна классическому больцмановскому экспоненциальному множителю.
Для моделирования бесконечного объема с конечным (и небольшим) числом частиц используется метод с применением периодических граничных условий. Основная расчетная ячейка объемом V, содержащая N частиц, периодически повторяется в направлениях х, у, г так. что все пространство заполняется периодическими изображениями основной расчетной ячейки. Следовательно, при рассмотрении ограниченного числа частиц генерируются конфигурации бесконечной системы (которая, конечно, периодична) и удается обойти “поверхностные эффекты”, которые могут быть большими при малых N. Размер ячейки устанавливает верхний предел интервала молекулярных корреляций, но к счастью, в большом классе задач для получения надежных результатов достаточно только нескольких десятков или сотен частиц. Наиболее прямым способом установки влияния размера ячейки является проведение дополнительного модельного эксперимента с размером, заметно отличающимся от размера, который принят для исследовательского эксперимента. Аналогичное рассуждение было бы справедливо для установления полного числа конфигураций, достаточного для установления равновесия или для получения корректных средних по ансамблю.
Проблема, представляющая интерес, в значительной степени определяется граничными условиями на гранях расчетной ячейки.