Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание курсовой работы

Задание на курсовую работу

1. Основной процесс

1.1 Расчёт константы равновесия

1.1.1 При комнатной температуре

1.1.2 При температуре плавления CdTe

1.2 Выбор рабочей точки

1.3 Условия протекания процесса в прямом направлении

1.4 Условия равновесия в системе при температуре основного процесса

2. Процесс сублимации компонентов Cd и Te

2.1 Сублимация компонента Cd

2.1.1 При комнатной температуре

2.1.2 При температуре фазового перехода

2.1.3 При температуре основного процесса

2.2 Сублимация компонента Te

2.2.1 При комнатной температуре

2.2.2 При температуре фазового перехода

2.2.3 При температуре основного процесса

2.3 Pi-T диаграммы

2.4 Стехиометрический состав пара

3. Парциальные давления паров компонентов Cd и Te

3.1 Расчёт парциальных давлений паров компонентов Cd и Te

3.2 Оценка температуры дополнительных источников паров компонентов Cd и Te

3.3 Принципиальная схема реактора и распределение температуры

4. Процесс окисления компонента Cd

4.1 При комнатной температуре

4.2 При температуре основного процесса

4.3. Оценка возможности окисления компонентов

Выводы по работе



Задание на курсовую работу

Целью курсовой работы является практическое освоение современных методов термодинамического анализа процесса выращивания монокристаллов соединения CdTe -p- типа электропроводности из газообразных компонентов:

Таблица 1.

Термодинамические свойства исходных компонентов и продуктов реакции

Вещество, фаза	,	,	,	, Дж	, К	Источник
			a,	b,
Cd, газ	111770	167,584	20,780	-	-	-	11а
Te2, газ	168156	267,962	36,726	-	-	-	6
CdTe, кр.	-100392	94,954	50,154	-	44340	1314	7
Cd, тв.	0	51,760	22,220	12,300•10-3	6191	594	11а
Te, тв.	0	49,500	25,770	22,090•10-3	17485	723	11а, 1. 9
O2, газ	0	205,040	31,460	3,390•10-3	-	-	-
CdO, тв.	-256100	54,810	48,240	6,380•10-3	-	-	-



1. Основной процесс

1.1 Расчёт константы равновесия

1.1.1 При комнатной температуре

Определим изменение энтропии реакции

Определим изменение энтропии реакции

Определим изменение теплоёмкости



Определим константу равновесия для Т = 298 К

1.1.2 При температуре плавления CdTe



Таблица 2.

Логарифм константы равновесия для основного процесса

Т, К	298	1000	1314
	94,763	11,640	3,208

Представим данные на графике

Рис.1. Зависимость логарифма константы равновесия от обратной температуры для основного процесса

1.2 Выбор рабочей точки

Возможный диапазон температур синтеза соединения CdTe находится из соотношения

= (0,7…0,9)•



=1314 К

= 919,81182,6 К. Возьмём = 1000 К

1.3 Условия протекания процесса в прямом направлении

Для того, чтобы протекание основного процесса в прямом направлении было возможно, должно выполняться следующее условие: <

равновесие выращивание кристалл реактор

1.4 Условия равновесия в системе при температуре основного процесса

Для того, чтобы система находилась в равновесии при температуре синтеза соединения CdTe: = 11



2. Процесс сублимации компонентов Cd и Te

2.1 Сублимация компонента Cd

2.1.1 При комнатной температуре



2.1.2 При температуре фазового перехода Т_Cd = 594 К

2.1.3 При температуре основного процесса Т_CdTe = 1000 К

Таблица 3.

Логарифм константы равновесия для сублимации Cd

Т, К	298	594	1000
	31,196	8,823	0,384

Представим данные на графике



Рис.2. Зависимость логарифма константы равновесия от обратной температуры для сублимации Cd

Температура кипения Cd:

Справочные данные: Т_{кип Cd} = 1039,8 K

Данные, полученные на основе термодинамического анализа: Т_{кип Cd} = 1032,100 К

2.2 Сублимация компонента Te

2.2.1 При комнатной температуре

2.2.2 При температуре фазового перехода Т_Te = 723 К



2.2.3 При температуре основного процесса Т_CdTe = 1000 К

Таблица 4.

Логарифм константы равновесия для сублимации Te

Т, К	298	723	1000
	24,787	5,332	2,669

Представим данные на графике

Рис.3. Зависимость логарифма константы равновесия от обратной температуры для сублимации Te

Температура кипения Te:

Справочные данные: Т_{кип Te} = 1260,8 K

Данные, полученные на основе термодинамического анализа: Т_{кип Te} = 1623,348 К

2.3 P_i-T диаграммы

Cd:

1 линия: CdTe_тв - Cd_{тв (ж)} - газ (Cd_пар + Te_{2 пар} + CdTе_пар)

< lg P_{Cd газ} = lg k_p2 >

2 линия: CdTe_тв - Te_{тв (ж)} - газ (Cd_пар + Te_{2 пар} + CdTе_пар)

< lg P_{Cd газ} = - lg k_p1 - lg k_p3 >

Таблица 5.

Линии трёхфазного равновесия для Cd

Т, К	lg kp1	lg kp2	lg kp3	lg PCd газ
				1 линия	2 линия
298	41,155	13,548	10,765	13,548	30,390
Тф.п.	Cd, 594	15,529	3,832		3,832
	Te, 723	10,926		2,316		8,610
1000	5,055	0,167	1,159	0,167	3,896

Представим данные на графике

Рис.4. Зависимость логарифма парциального давления паров Cd от обратной температуры



Te:

1 линия: CdTe_тв - Te_{тв (ж)} - газ (Cd_пар + Te_{2 пар} + CdTе_пар)

< lg P_{Te2 газ} = 2lg k_p3 >

2 линия: CdTe_тв - Cd_{тв (ж)} - газ (Cd_пар + Te_{2 пар} + CdTе_пар)

< lg P_{Te2 газ} = - 2lg k_p1 - 2lg k_p2 >

Таблица 6.

Линии трёхфазного равновесия для Te

Т, К	lg kp1	lg kp2	lg kp3	lg PCd газ
				1 линия	2 линия
298	41,155	13,548	10,765	21,530	55,214
Тф.п.	Cd, 594	15,529	3,832			23,394
	Te, 723	10,926		2,316	4,632
1000	5,055	0,167	1,159	2,318	9,776

Представим данные на графике



Рис.5. Зависимость логарифма парциального давления паров Te₂ от обратной температуры

Таблица 7.

Границы областей гомогенности для Cd и Te

T, К	Cd	Te
	lg PCd ГОГ Cd	lg PCd ГОГ Te	lg PTe2 ГОГ Cd	lg PTe2 ГОГ Te
298	13,548	-30,390	55,214	21,530
Тф.п.	Cd, 594	3,832		23,394
	Te, 723		8,610		4,632
1000	0,167	3,896	9,776	2,318

2.4 Стехиометрический состав пара

Cd: < lg P_{Cd стех} = lg k_p1 + lg 2 >

Te₂: < lg P_{Te2 стех} = lg k_p1 lg 2 >



Таблица 8.

Линии стехиометрии для Cd и Te

T, К	Cd	Te
	lg kp1	lg PCd стех	lg kp1	lg PTe2 стех
298	41,155	-27,336	41,155	27,637
Тф.п.	Cd, 594	15,529	10,252
	Te, 723			10,926	7,485
1000	5,055	3,270	5,055	3,571

-p- тип э/п



3. Парциальные давления паров компонентов Cd и Te

3.1 Расчёт парциальных давлений паров компонентов Cd и Te

3.2 Оценка температуры дополнительных источников паров компонентов Cd и Te

T_Cd = 627,383 K, T_Te = 906,846 K

3.3 Принципиальная схема реактора и распределение температуры

Распределение температуры:



Рис.6. Зависимость температуры реактора от координаты

Схема реактора:



4. Процесс окисления компонента Cd

4.1 При комнатной температуре

4.2 При температуре основного процесса ТCdTe = 1000 К

Таблица 3.

Логарифм константы равновесия для окисления Cd

Т, К	298	627,383	1000

Представим данные на графике



Рис.7. Зависимость логарифма константы равновесия от обратной температуры для окисления Cd

4.3 Оценка возможности окисления компонентов

При атмосферном давлении:

При уровне вакуума в реакторе 10^-10 атм:

Окисление компонента Cd происходит при , следовательно, избежать окисления невозможно и следует искать другие способы добиться этого.



Выводы по работе

Проделав курсовую работу, мы получили практическое освоение современных методов термодинамического анализа процесса выращивания монокристаллов соединения CdTe -p- типа электропроводности из газообразных компонентов.

В пункте 1 настоящей курсовой работы мы анализировали основной процесс, определили температуру рабочего процесса (она равна 1000 К), при этом значение константы равновесия процесса равно 11. Эти данные будут также использованы в пунктах 2 и 3 для построения графиков зависимостей логарифмов реальных отношений давлений компонентов Cd и Te, а также для линий трёхфазного равновесия.

В пункте 2 были проанализированы процессы сублимации компонентов Cd и Te₂, определены температуры кипения компонентов, равные 1032,100 К для кадмия и 1623,348 К для теллура.

Из справочных данных известно, что кадмий имеет температуру кипения 1039,8 К, то есть относительная погрешность , что означает, что вычисленная с помощью термодинамического анализа температура почти точно совпадает со справочными данными.

Из тех же справочных данных известно, что теллур имеет температуру кипения 1260,8 К, то есть относительная погрешность , что означает, что найденная с помощью термодинамического анализа температура весьма далека от совпадения со справочными данными.

Также здесь были построены линии трёхфазного равновесия, на которых наглядно видно области -p- и -n- типов электропроводности. Эти же данные были использованы в пункте 3 для определения соотношений парциальных давлений компонентов Cd и Te.

В пункте 3 были рассчитаны парциальные давления компонентов и составлен график зависимости распределения температуры в реакторе и его принципиальная схема. Также были рассчитаны температуры компонентов, которые будут использованы в пункте 4 для определения условий окисления компонента Cd.

Процесс получения соединения CdTe -p- типа электропроводности путём выращивания эпитаксиальных слоёв из газообразных компонентов возможен (с точки зрения термодинамики) при следущих условиях: T_Cd = 627,383 K, T_Te = 906,846 K, T_CdTe = 1000 K.

Для получения -p- типа электропроводности должны присутствовать вакансии в подрешётке кадмия и атомы теллура в междоузлии.

В пункте 4 мы анализировали процесс окисления компонента Cd. При указанных в задании степенях откачки реактора окисления избежать невозможно, однако это можно сделать, если повысить температуру реактора со стороны кадмия и откачать воздух до максимального уровня вакуума.

Размещено на Allbest.ru