T − X диаграммы состояния бинарных систем

May 29, 2013 by admin Комментировать »
Диаграммы состояния систем с неограниченной растворимостью компонентов

Рассмотрим простейшую фазовую диаграмму с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге на примере  системы  Ge–Si (рис. 4.1). Под термином неограниченная растворимость имеется в виду то, что компоненты Ge и Si системы неограниченно растворяются друг в друге в жидком и твердом состояниях и образуют непрерывный ряд твердых растворов замещения.3

Линию AaB на рис. 4.1, выше которой все сплавы находятся в жидком состоянии, называют линией ликвидуса. Линию AbB, ниже которой сплавы находятся в твердом состоянии (твердый раствор α), называют линией солидуса. Область, ограниченная линиями ликвидуса и солидуса, представляет собой двухфазную область, в которой сосуществуют жидкая и твердая фазы (L + α).

Любая точка на диаграмме состояния,  называемая фигуративной, характеризует состояние сплава. Проекция точки на ось X указывает состав сплава, а проекция на ось T — температуру, при которой он рассматривается.

Если фигуративная точка находится в однофазной области, то состав фазы совпадает с составом сплава. Если фигуративная точка m находится в двухфазной области, то состав фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, определяется с помощью коноды. Конода — это отрезок изотермы, проходящий через данную фигуративную точку m и заключенный в пределах двухфазной области (отрезок amb на рис. 4.1). Составы фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, определяются по абсциссам точек пересечения коноды с линиями ликвидуса

3При неограниченной растворимости любое количество атомов Ge может быть заменено атомами Si. Если увеличивать концентрацию атомов Si, то все больше и больше атомов Si будет находиться в узлах решетки вместо атомов Ge. Это будет происходить до тех пор, пока все атомы Ge не будут заменены атомами Si и, таким образом, как бы плавно совершится переход от Ge к Si.

(точка a — состав жидкой фазы XL) и солидуса (точка b — состав твердой фазы XS ).

Количественное соотношение фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, определяется с помощью правила рычага. Это правило гласит: отношение массовых количеств Q фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, обратно пропорционально отношению отрезков коноды, заключенных между фигуративной точкой сплава и фигуративными точками, определяющими составы соответствующих фаз (см. рис. 4.1):

QL/QS = mb/ma.                                    (4.2)

Рассмотрим теперь кристаллизацию сплава Ge–Si, содержащего, например, 70% Si (Xm на рис. 4.1). Выше температуры T1 сплав находится в жидком состоянии (L) и при охлаждении до T1 не претерпевает фазовых превращений. Начиная с T1 раствор оказывается пересыщенным кремнием, и из него начинает выделяться твердый раствор α, более богатый Si, чем исходная жидкость L. Поэтому в результате кристаллизации расплав обедняется Si. Первые выделяющиеся кристаллы имеют состав, отвечающий точке 3 (90% Si и 10% Ge). По мере охлаждения от T1 до T2 происходит дальнейшая кристаллизация сплава, в ходе которой количество жидкой фазы уменьшается, а твердой увеличивается. При T2 исчезают последние капли расплава. В ходе кристаллизации от T1 до T2 составы жидкой и твердой фаз непрерывно изменяются. Если процесс кристаллизации идет с очень малой скоростью (так, что превращения успевают совершиться в соответствии с равновесной диаграммой состояния), то состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса от точки 2 к точке 1, а состав твердой фазы — по линии солидуса от точки 3 к точке 4. К концу кристаллизации твердый раствор имеет состав, равный составу исходной жидкости.

Диаграммы с неограниченной растворимостью компонентов A и B друг в друге встречаются в системах, компонентами которых являются как химические элементы, так и соединения (см. рис. 4.1 и рис. 4.2). Для образования таких диаграмм оба компонента системы должны обладать одинаковым типом химической связи, одинаковым типом кристаллических решеток и атомами, размеры которых отличались бы не более чем на 10–15% (почему — см. ниже). Примерами полупроводниковых систем с неограниченной растворимостью являются системы Ge–Si, InAs–InP, GaSb–InSb, GaAs–GaP, GaAs–InAs, PbTe–SnTe, CdTe–HgTe и др. Твердые растворы этих полупроводников находят широкое практическое применение в качестве материалов для создания оптоэлектронных приборов.

Рис. 4.4. Зависимость термодинамического потенциала от температуры для жидкой и твердой фаз одинакового состава.

Растворы Ge–Si используются для создания современных СВЧ-транзисторов.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты