Термодинамика образования дефектов в полупроводниках с учетом кластеризации в жидкой и газовой фазах

• Автор: Львов, Павел Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 121 с.

Оглавление
Введение
1 Процесс дефектообразования в полупроводниках и взаимодействие во внешней фазе
1.1 Дефекты в полупроводниках и свободная энергия Гиббса
1.2 Статистическое взаимодействие
1.3 Энтальпия и энтропия дефектообразования
1.4 Химический потенциал
1.5 Постановка задачи
2 Термодинамика образования дефектов в полупроводниках
2.1 Свободная энергия кристаллизующегося раствора
2.2 Расчет равновесных концентраций дефектов и свободных носителей заряда
2.3 Кривые солидуса .
2.4 Химический потенциал и активность
2.5 Влияние ионизации и кластеризации на растворимость примесей в полупроводниках
2.6 Системы германий-мышьяк и германий-алюминий
2.7 Политропия в системе германий-сурьма
2.8 Выводы
3 Образование кластеров в газах
3.1 Кластеризация в газовой фазе и уравнение состояния
3.1.1 Модель системы частиц с учетом образования кластеров
3.1.2 Распределение комплексов по размерам
3.1.3 Уравнение состояния с учетом образования кластеров
3.2 Химический потенциал атомов реального газа
3.3 Закон соответственных состояний
3.4 Инертные газы
3.5 Уравнение состояния водяного пара
3.6 Термодинамика фазового равновесия кристалл-пар
3.6.1 Предварительные замечания
3.6.2 Свободная энергия системы кристалл-пар
3.6.3 Расчет фазового равновесия в системе кристалл-пар для полупроводников А3В
3.7 Выводы
Кластеризация в расплавах
4.1 Введение
4.2 Кластеры в расплавах простых веществ
4.2.1 Свободная энергия расплава, содержащего атомы одного типа
4.2.2 Кривые послеплавления элементов IV группы
4.3 Стехиометрические кластеры в расплавах двухкомпонентных соединений А3 В
4.3.1 Свободная энергия расплава с учетом кластеризации
4.3.2 Кривые ликвидуса соединений А3В
4.3.3 Расчет кривых ликвидуса и послеплавления в СаАэ
4.3.4 Теплота плавления кластеров
4.3.5 Диаграммы равновесия двухкомпонентных систем с учетом кластеризации
4.4 Кривые ликвидуса двухкомпонентных соединений с малой предельной растворимостью
4.5 Выводы
Литература

расплава необходимо решать систему из трех нелинейных уравнений. С ростом числа компонент задача существенно усложняется, поэтому поиск химического потенциала всегда стараются свести к рассмотрению взаимодействия между частицами внешней фазы.
Записав химический потенциал в виде (2.22), мы фактически обособили внешнюю фазу от образовавшегося кристалла для того, чтобы потом рассмотреть отдельно ее свободную энергию (7£. Такое отдельное рассмотрение жидкой и твердой фазы может быть легко обосновано из следующих соображений. По мере остывания расплав пересекает кривую ликвидуса, происходит фазовый переход, при котором образуются небольшие кристаллы, размер этих кристаллов весьма мал по сравнению со всей системой в целом. Это означает, что химический потенциал будет определяться характером взаимодействия между частицами в расплаве и практически не будет зависеть от свойств кристалла. Ситуация в корне изменяется, когда расплав достигает температуры эвтектики, и происходит полная кристаллизация расплава, однако для " расчета кривых солидуса рассмотрение этого случая не-Дребуется, поэтому при расчете химического потенциала можно ограничиться поиском минимума свободной энергии расплава:
(Ю1 2= 0. (2.39)
При этом, естественно, возникает ограничение на полученные выражения для химического потенциала: температура системы не должна быть ниже температуры эвтектики, т.е. они не могут быть использованы для описания равновесия твердых фаз.
Рассмотрим один из возможных способов расчета химических потенциалов частиц, который может быть использован для расчета двухкомпонентных систем с нормальной эвтектикой. Так как рассматриваются двухкомпонентные системы, то индекс а может принимать только два значения, соответствующих компонентам системы: а = {А, В}.
Предположим, что выпадают кристаллы с избытком компонента В.