Kirish

1. Faza diagrammalarining turlari

2. Mikroelektronikadagi muhim tizimlar

3. Qattiq eruvchanlik

4. Fazali o’tishlar

Adabiyot

Kirish

Fazali diagrammalar turli materiallarning o'zaro ta'siri haqida gap ketganda, materiallarning xususiyatlarini har qanday muhokama qilishning ajralmas qismidir. Fazali diagrammalar mikroelektronikada ayniqsa muhimdir, chunki qo'rg'oshinlar va passivlashtiruvchi qatlamlarni ishlab chiqarish uchun u erda turli xil materiallarning katta to'plamidan foydalanish kerak. Integral mikrosxemalar ishlab chiqarishda kremniy turli metallar bilan yaqin aloqada bo'ladi, biz kremniy komponentlardan biri sifatida namoyon bo'ladigan fazali diagrammalarga alohida e'tibor qaratamiz.

Ushbu inshoda faza diagrammalarining qanday turlari, fazaviy o'tish tushunchasi, qattiq eruvchanlik, eng ko'p muhokama qilinadi. muhim tizimlar mikroelektronika uchun moddalar.

1. Faza diagrammalarining turlari

Bir fazali holat diagrammalari bosim, hajm va haroratga qarab, faqat bitta materialning faza holatini tasvirlaydigan grafiklardir. Odatda ikki o'lchovli tekislikda uch o'lchamli grafik chizish odatiy hol emas - ular uning proektsiyasini harorat-bosim tekisligida tasvirlaydi. Bir fazali holat diagrammasining namunasi shaklda keltirilgan. bitta.

Guruch. 1. Bir fazali holat diagrammasi

Diagrammada material faqat bitta fazali holatda - kabi mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan hududlar aniq ko'rsatilgan mustahkam, suyuq yoki gaz. Belgilangan chiziqlar bo'ylab modda bir-biri bilan kontekstda ikki fazali holatga (ikki faza) ega bo'lishi mumkin. Har qanday birikma sodir bo'ladi: qattiq - suyuq, qattiq - bug ', suyuq - bug'. Diagramma chiziqlarining kesishish nuqtasida, uchlik nuqta deb ataladigan joyda, barcha uch faza bir vaqtning o'zida mavjud bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, bu bitta haroratda mumkin, shuning uchun uch nuqta yaxshi harorat mos yozuvlar nuqtasi bo'lib xizmat qiladi. Odatda, mos yozuvlar nuqtasi suvning uch nuqtasidir (masalan, termojuftlar yordamida aniq o'lchovlarda, mos yozuvlar birikmasi muz-suv-bug 'tizimi bilan aloqada bo'lgan joyda).

Ikki fazali diagramma (ikki tizim holati diagrammasi) ikki komponentli tizimning holatini ifodalaydi. Bunday diagrammalarda harorat ordinata o'qi bo'ylab, aralashmaning tarkibiy qismlarining foizi abscissa o'qi bo'ylab chiziladi (odatda u umumiy massaning ulushi (og'.%) yoki umumiy sonning foizi. atomlar soni (at.%)). Bosim odatda 1 atm deb hisoblanadi. Agar suyuq va qattiq fazalar hisobga olinsa, hajmni o'lchash e'tiborga olinmaydi. Shaklda. 2. og'irlik yoki atom foizidan foydalangan holda A va B komponentlari uchun odatiy ikki fazali holat diagrammasini ko'rsatadi.

Guruch. 2. Ikki fazali holat diagrammasi

 harfi A moddaning B erigan modda bilan fazasini,  B moddaning unda erigan A modda bilan fazasini,  +  bu fazalar aralashmasini bildiradi. Harf (suyuqlikdan - suyuqlikdan) suyuqlik fazasini anglatadi va L+ va L+ mos ravishda suyuqlik fazasi plyus faza yoki degan ma'noni anglatadi. Fazalarni ajratuvchi chiziqlar, ya'ni moddaning turli fazalari mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan chiziqlar quyidagi nomlarga ega: solidus - mos ravishda L +  va L +  fazalari bilan bir vaqtda  yoki  fazalari mavjud bo'lgan chiziq; solvus -  va  +  yoki  va  +  fazalari bir vaqtda mavjud bo'lgan chiziq, likvidus esa L faza va L+ yoki L+ fazalari bir vaqtda mavjud bo'lgan chiziq.

Ikki suyuqlik chizig'ining kesishish nuqtasi ko'pincha A va B moddalarning barcha mumkin bo'lgan birikmalari uchun eng past erish nuqtasi bo'lib, evtektik nuqta deb ataladi. Evtektik nuqtada komponentlar nisbati bo'lgan aralashma evtektik aralashma (yoki oddiygina evtektik) deb ataladi.

Aralashmaning qanday o'tishini ko'rib chiqing suyuqlik holati(eritma) qattiq va fazalar diagrammasi ma'lum bir haroratda mavjud bo'lgan barcha fazalarning muvozanat tarkibini bashorat qilishga qanday yordam beradi. Keling, rasmga murojaat qilaylik. 3.

Guruch. 3. Davolanish jarayonlarini ko'rsatadigan ikki fazali holat diagrammasi

Faraz qilaylik, aralashmaning boshida T 1 haroratda C M tarkibi, T 1 dan T 2 gacha bo'lgan haroratda suyuqlik fazasi, T 2 haroratda esa L va  fazalari bir vaqtda mavjud bo'ladi. Mavjud L fazaning tarkibi C M,  fazasining tarkibi C  1 dir. Haroratning yana T 3 gacha pasayishi bilan suyuqlikning tarkibi suyuqlik egri chizig'i bo'ylab o'zgaradi va  fazaning tarkibi izoterm (gorizontal chiziq) T 3 bilan kesishmaguncha solidus egri chizig'i bo'ylab o'zgaradi. Endi L fazasining tarkibi C L, fazaning tarkibi esa C  2 ga teng. Shuni ta'kidlash kerakki, C  2 tarkibida nafaqat T 3 haroratda  da fazaga o'tgan modda, balki undan yuqori haroratda  fazaga o'tgan barcha moddalar ham tarkibga ega bo'lishi kerak. C  2 . Kompozitsiyalarning bunday hizalanishi A komponentining mavjud fazaga  qattiq holatda tarqalishi orqali sodir bo'lishi kerak, shuning uchun T 3 haroratga erishilganda,  fazadagi barcha moddalar C  2 tarkibiga ega bo'ladi. Haroratning yana pasayishi bizni evtektik nuqtaga olib keladi. Unda  va  fazalari suyuq faza bilan bir vaqtda mavjud. Pastroq haroratlarda faqat  va  fazalari mavjud. C E tarkibining  va  fazalarining boshlang'ich tarkibi C  3 bo'lgan  agregatlari bilan aralashmasi hosil bo'ladi. Keyin, bu aralashmani uzoq vaqt davomida eutektikadan past haroratda ushlab turish, siz qattiq olishingiz mumkin. Olingan qattiq tana ikki fazadan iborat bo'ladi. Fazalarning har birining tarkibi izotermaning mos keladigan solvus chizig'i bilan kesishgan nuqtasida aniqlanishi mumkin.

Hozirgina mavjud fazalarning har birining tarkibini qanday aniqlash mumkinligi ko'rsatilgan. Endi har bir fazadagi moddaning miqdorini aniqlash muammosini ko'rib chiqing. Chalkashmaslik uchun, rasmda. 4. Yana bir bor oddiy ikki fazali diagramma ko'rsatiladi. Faraz qilaylik, T 1 haroratda eritmaning tarkibi C M (komponent B degani), u holda T 2 fazada L tarkibi CL,  fazasi esa C s tarkibiga ega bo'ladi. Qattiq holatdagi moddaning massasi M L, qattiq holatdagi moddaning massasi M S bo‘lsin. Umumiy massaning saqlanish sharti quyidagi tenglamaga olib keladi

(M L + M S)C M = M L C L + M S C S.

Guruch. 4. Daraja qoidasi

U T 1 haroratdagi moddaning umumiy massasi B foizga ko'paytirilsa, B moddaning umumiy massasi ekanligini aks ettiradi. Bu suyuqlik va B moddaning massalari yig'indisiga teng. T 2 haroratda qattiq fazalar. Ushbu tenglamani yechib, biz olamiz

. (1)

Bu ibora "daraja qoidasi" deb nomlanadi. Ushbu qoidadan foydalanib, eritmaning dastlabki tarkibini va uning umumiy massasini bilgan holda, ikki fazali diagrammaning istalgan qismi uchun har ikkala fazaning massalarini va istalgan fazadagi B moddasining miqdorini aniqlash mumkin. Xuddi shu tarzda, hisoblash mumkin

Shaklda. 5. eritmaning qotib qolishining yana bir misolini ko'rsatadi. T 1 dan T 2 gacha bo'lgan haroratning pasayishi L va  fazalarini mos ravishda C M va C  tarkibi bilan aralashtirishga olib keladi. Keyinchalik sovutish bilan L tarkibi likvidus bo'ylab,  tarkibi esa avval aytib o'tilganidek, solidus bo'ylab o'zgaradi. T 3 haroratga erishilganda,  tarkibi C M ga teng bo'ladi va daraja qoidasiga ko'ra, T 3 dan past haroratda suyuqlik fazasi mavjud bo'lmaydi. T 4 dan past haroratda  va  fazalari  va  fazalarining agregatlari sifatida mavjud. Masalan, T 5 haroratda  faza agregatlari T 5 izotermasi va solvus  kesishishi bilan aniqlangan tarkibga ega bo'ladi. Tarkibi  xuddi shunday - izoterma va solvus  kesishishi bilan aniqlanadi.

Guruch. 5. Ikki fazali diagramma va har qanday fazada mavjud bo'lgan A moddaning qattiqlashuv jarayoni miqdori

Ikki fazali diagrammaning hali ham  va  deb ataladigan bo'limlari qattiq eruvchanlik sohalari: A va B  hududida erigan. Maksimal miqdor Berilgan haroratda B da erishi mumkin bo'lgan A haroratga bog'liq. Evtektik haroratda yoki undan yuqori haroratda A va B ning tez sintezi sodir bo'lishi mumkin.Agar hosil bo'lgan qotishma tez sovutilsa, u holda A atomlari B panjarasida "tupoq" bo'lishi mumkin.Ammo xona haroratida qattiq eruvchanlik ancha past bo'lsa. (bu shuni ko'rsatadiki, bu haroratda ko'rib chiqilgan yondashuv unchalik mos emas), keyin qotishmada kuchli stresslar paydo bo'lishi mumkin, bu uning xususiyatlariga sezilarli ta'sir qiladi (muhim stresslar mavjud bo'lganda, o'ta to'yingan qattiq eritmalar paydo bo'ladi va tizim mavjud emas. muvozanat holati va diagramma faqat muvozanat holatlari haqida ma'lumot beradi). Ba'zida bunday ta'sir, masalan, martensitni olish uchun qotib qolgan po'latni qattiqlashtirganda ma'qul bo'ladi. Ammo mikroelektronikada uning natijasi halokatli bo'ladi. Shuning uchun qotishma, ya'ni diffuziyadan oldin kremniyga qo'shimchalar qo'shish, haddan tashqari qotishma tufayli sirtning shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun yuqori haroratlarda amalga oshiriladi. Agar substratdagi dopant miqdori har qanday haroratda qattiq eruvchanlik chegarasidan yuqori bo'lsa, ikkinchi faza paydo bo'ladi va u bilan bog'liq deformatsiya.

2. Mikroelektronikada muhim ahamiyatga ega bo'lgan moddalar sistemalari

Bir-birida to'liq eriydigan bir qator materiallar mavjud. Mikroelektronika uchun kremniy va germaniy kabi ikkita muhim moddalar tizimi misol bo'la oladi. Silikon-germaniy tizimi rasmda ko'rsatilgan. 6.

Guruch. 6. Tizim kremniy - germaniy

Diagrammada evtektik nuqta yo'q. Bunday diagramma izomorf deb ataladi. Ikki element izomorf bo'lishi uchun ular Hume-Rothery qoidalariga bo'ysunishlari kerak, ya'ni. atom radiuslari qiymatlaridagi farq 15% dan ko'p bo'lmagan, bir xil ehtimollik, bir xil kristall panjara va qo'shimcha ravishda taxminan bir xil elektronegativlikka ega (atomning elektr manfiyligi qo'shimcha tortishish yoki qo'lga kiritish uchun uning o'ziga xos oilasidir. elektronlar, qachon kovalent aloqalar). Cu-Ni, Au-Pt va Ag-Pd tizimlari ham izomorfdir.

Pb-Sn tizimi oddiy tizimga yaxshi misoldir ikkilik tizim sezilarli, cheklangan bo'lsa-da, qattiq eruvchanligi bilan. Ushbu tizim holatlarining fazaviy diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 7. Solvus va solvusning kesishish nuqtasi chegaraviy eruvchanlik deyiladi, qalayning ham qo'rg'oshindagi, ham qo'rg'oshinning qalaydagi chegaraviy eruvchanligining qiymati katta bo'ladi. Bu tizim qalay-qo'rg'oshin lehimlarning keng qo'llanilishi tufayli mikroelektronika uchun muhim. Ularning ushbu tizimning ikki fazali diagrammasi qotishma tarkibini o'zgartirish uning erish nuqtasini qanday o'zgartirishini ko'rsatadi. Mikrosxemani ishlab chiqarishda bir nechta ketma-ket lehimlar kerak bo'lganda, har bir keyingi lehim uchun past erish nuqtasi bo'lgan lehim ishlatiladi. Bu ilgari qilingan lehimlar oqmasligi uchun amalga oshiriladi.

Guruch. 7. Qo'rg'oshin-qalay sistemasi holatlarining fazaviy diagrammasi

Mikrosxemalarni ishlab chiqarish uchun Au-Si tizimining xususiyatlari ham muhimdir, chunki bu tizimning evtektik harorati sof oltin yoki sof kremniyning erish nuqtalariga nisbatan juda past (9-rasm). Oltinning kremniydagi va kremniyning oltindagi eruvchanligi an'anaviy faza diagrammasida ko'rsatish uchun juda kichikdir. Evtektik haroratning pastligi sababli, asosiy payvandlash (yoki lehimlash) mexanizmi sifatida Au-Si evtektik reaktsiyasidan foydalangan holda oltin substratlarga, ushlagichlarga yoki oltin kontakt yostiqchalari bo'lgan taxtalarga chiplarni o'rnatish foydalidir. Kremniy kristallarini lehimlash uchun tarkibida bir necha foiz germaniy bo'lgan oltin ham ishlatiladi.

Hosil bo'lgan elementlarning kombinatsiyasi kimyoviy birikmalar, yanada murakkab holat diagrammalariga ega. Ular ikkita (yoki undan ko'p) oddiy diagrammalarga bo'linishi mumkin, ularning har biri ma'lum bir juft ulanishga yoki ulanish va elementlarga ishora qiladi. Misol uchun, AuAl 2 oltinning 33% (atom ulushi) 1060 ° dan past haroratda alyuminiy bilan birlashganda hosil bo'ladi (2.10-rasm). Ushbu chiziqning chap tomonida AuAl 2 va sof alyuminiy faza birga mavjud. AuAl 2 kabi birikmalar intermetalik deb ataladi va ikkita elementning tegishli stokiometrik nisbatida hosil bo'ladi. Intermetalik birikmalar xarakterlanadi yuqori harorat erish, murakkab kristal tuzilishi va qo'shimcha ravishda, qattiq va mo'rt.

Au - Al holatlarining fazaviy diagrammasi ikki yoki undan ortiq diagrammaga bo'linishi mumkin, masalan, Al - AuAl 2 diagrammasi va AuAl 2 - Au diagrammasi.

Guruch. 8. Alyuminiy-kremniy tizimi

Au-Al tizimining diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 2.10 mikroelektronikada juda muhim, chunki oltin simlar odatda kremniy tepasida joylashgan alyuminiy metallizatsiya qatlamiga ulanadi. Bu erda bir nechta muhim intermetalik birikmalar keltirilgan: AuAl 2, Au 2 Al, Au 5 Al 2 va Au 4 Al. Ularning barchasi Au-Al bog'larining o'tkazgichlarida bo'lishi mumkin.

Guruch. 9. Oltin-kremniy tizimi

Guruch. 10. Oltin - alyuminiy tizimi

3. Qattiq eruvchanlik

Ko'pgina qo'shimcha moddalarning kremniydagi cheklangan eruvchanligi juda past va aslida maksimal eruvchanlik emas. Shaklda. 11 kremniysiz aralashma uchun odatiy solidus egri chizig'ini ko'rsatadi. E'tibor bering, eruvchanlik haroratgacha ortadi ma'lum qiymat, keyin esa kremniyning erish haroratida nolga tushadi. Bunday egri chiziq retrograd eruvchanlik egri chizig'i deyiladi. Ushbu diagrammaning kremniyning erish nuqtasi yaqinidagi takomillashtirilgan versiyasi rasmda ko'rsatilgan. 12.

Guruch. 11 Kremniyning retrograd eruvchanligi

Guruch. 12 Odatda kremniy faza diagrammasi

Agar kremniy eritmasining tarkibi erigan moddalar massasining foizida C M ga teng bo'lsa, u holda kremniy erigan moddaning tarkibi bilan qotib qoladi kC M , bu erda k - ajratish koeffitsienti (k=C S /C L). Qattiq jismdagi konsentratsiya muzlashda C M qiymatiga yetganda, suyuqlik eritmasidagi konsentratsiya C M /k ga teng bo'ladi, chunki suyuqlik va qattiq ekranlardagi konsentratsiyalarning nisbati k ga teng bo'lishi kerak. Solidus chizig'ining qiyaligi shuning uchun

,

va likvidatsiya qiyaligi

.

Likvidus va solidus qiyaliklarining nisbati ajratish koeffitsientiga teng bo'lib chiqadi

. (2)

4. Fazali o’tishlar

Tizim parametrlari o'zgarganda bir faza holatidan ikkinchisiga o'tish.

Birinchi turdagi fazali o'tishlar (bug'lanish, kondensatsiya, erish, kristallanish, bir kristall modifikatsiyasidan ikkinchisiga o'tish).

Moddalarning kristall holati yetti singoniya (triklin, monoklinik, rombsimon, tetragonal, trigonal yoki romb ...., olti burchakli, kubik) bo‘yicha tasniflanadi, bu singoniyalarda atomlarning joylashishi esa 14 turdagi panjaralar bilan tavsiflanadi (Brave). panjara). Ushbu panjaralardagi atomlarning o'rash darajasi har xil:

Oddiy kub f = 0,52

Hajmi markazlashtirilgan kub f = 0,68

FCC f = 0,74

Olti burchakli yopiq qadoqlash f = 0,74

Ushbu ma'lumotlardan juda muhim xulosa chiqariladi; polimorf o'zgarishlar (turi o'zgarishi kristall panjara) hajmning o'zgarishi va, demak, materiallarning fizik-kimyoviy xossalari mavjud.

Birinchi turdagi o'tishlarda o'tish nuqtasida ikkita faza birga mavjud.

A  B 

a) o'tish ma'lum bir haroratda amalga oshiriladi T per

b) o'tish jarayonida energiyaning birinchi hosilalari keskin o'zgaradi: entalpiya, entropiya, hajm (demak, zichlik)

Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar

Ikkinchi turdagi o'tishlarda erkin energiya, entalpiya, entropiya, hajm va zichlikning birinchi hosilalari monoton ravishda o'zgaradi.

Bariy titanat - kub tuzilishi -> tetragonal tipik piezoelektrik.

MnO 117 K da antiferromagnit bo'lib, paramagnit fazaga o'tadi.

1. Eripresit tomonidan 1933 yilda taklif qilingan fazaviy o'zgarishlar tasnifiga ko'ra, transformatsiyalar birinchi va ikkinchi turdagi transformatsiyalarga (o'tishlarga) bo'linadi.

Birinchi turdagi o'tishlar termodinamik potentsialning  birinchi hosilalarining harorat va bosimga nisbatan bosqichma-bosqich o'zgarishi bilan tavsiflanadi.

bu yerda S - entropiya, V - hajm

Fazali o'tish paytida termodinamik potentsial uzluksiz o'zgarganligi sababli, ifoda bilan aniqlanadi

u holda energiya U ham keskin o'zgarishi kerak. Chunki

keyin o'tish issiqligi

haroratning mahsulotiga va fazalar entropiyasidagi farqga, ya'ni issiqlikning keskin o'zgarishi yoki yutilishiga teng.

Termodinamik potentsialning uzluksiz o'zgarishi muhim ahamiyatga ega. (T) va (T) funktsiyalari fazaga o'tish nuqtasi yaqinidagi xususiyatlarni o'zgartirmaydi, shu bilan birga o'zgarishlar o'tish nuqtasining har ikki tomonida termodinamik potentsialning minimallari mavjud.

Bu xususiyat fazalarning haddan tashqari qizishi yoki supersovishi ehtimolini tushuntiradi fazali o'tishlar tizimda.

Termodinamik funktsiyalarning sakrashlari orasidagi bog'lanishlarni aniqlaymiz va. Haroratga nisbatan differentsiallashgandan so'ng, S, V va q uchun ifodani hisobga olgan holda Funktsiya (R, T) = (R, T) munosabatini olamiz.

Bu taniqli Klauzis formulasi. Bu haroratning o'zgarishi bilan muvozanatdagi fazalar bosimining o'zgarishini yoki bosimning o'zgarishi bilan ikki faza o'rtasidagi o'tish haroratining o'zgarishini aniqlash imkonini beradi. Hajmining keskin o'zgarishi birinchi darajali fazaga o'tish jarayonida o'zgargan fazalar tizimi va strukturasi o'rtasida aniq bog'liqlikning yo'qligiga olib keladi, shuning uchun ular keskin o'zgaradi.

Birinchi turdagi fazali o'tishlar uchun odatda moddaning agregat holatlari o'rtasidagi o'tishlar, allotropik o'zgarishlar va ko'p komponentli materiallardagi ko'p fazali o'zgarishlar.

Ikkinchi tartibli fazali oʻtishlardan birinchi tartibli fazali oʻtishlarning tubdan farqi quyidagicha: ikkinchi tartibli oʻtishlar termodinamik potentsial oʻzgarishining uzluksizligi bilan ham, termodinamik potensial hosilalari oʻzgarishining uzluksizligi bilan ham xarakterlanadi.

Kimyoviy muvozanat

Termodinamik funktsiya - tizimdagi zarrachalar sonining o'zgarishi bilan termodinamik potentsiallarning o'zgarishini aniqlaydigan holat funktsiyasi. Boshqacha qilib aytganda, tegishli transformatsiyalar va sharoitlarda (T, P, V, S, n i) komponentning bir fazadan ikkinchisiga o'z-o'zidan o'tish yo'nalishi va chegarasini belgilaydigan funktsiya mavjud.

Termodinamik potentsiallar bir-biri bilan quyidagi munosabatlar orqali bog'lanadi

Gramdagi moddaning miqdori; - moldagi moddaning miqdori;

M - mos keladigan moddaning molekulyar og'irligi.

Barcha mikroelektron qurilmalar ishlaydigan qattiq eritmalar nazariyasi uchun Gibbs tomonidan ishlab chiqilgan kimyoviy potentsiallar usuli katta ahamiyatga ega. Kimyoviy muvozanatni kimyoviy potentsiallar yordamida aniqlash mumkin.

Kimyoviy potentsial 1 atomga to'g'ri keladigan energiya bilan tavsiflanadi

Kimyoviy salohiyat; G - Gibbs energiyasi;

N o - Avogadro raqami, N A - L \u003d mol -1

ya'ni (P, T) = (P, T)

Ikkala egri chiziq harorat bilan monotonik pasayishni tavsiflaydi, faza entropiyasining qiymatini belgilaydi

Fazali diagrammalar turli materiallarning o'zaro ta'siri haqida gap ketganda, moddiy xususiyatlarni muhokama qilishning ajralmas qismidir.

Bir fazali holat diagrammalarida faqat bitta materialning faza holati tasvirlangan.

Ikki fazali diagramma (ikki tizim holati diagrammasi) ikki komponentli tizimning holatini ifodalaydi.

Kimyoviy birikmalar hosil qiluvchi elementlarning birikmalari ancha murakkab holat diagrammalariga ega.

Adabiyot

1. Ormont BF Yarimo‘tkazgichlarning fizik kimyosi va kristall kimyosiga kirish. - M.: o'rta maktab, 1973.

2. Jismoniy metallurgiya / Kan R. tahriri, jild. 2. Fazali transformatsiyalar. Metallografiya. – M.: Mir, 1968 yil.

3. Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov "Yarim o'tkazgich va dielektrik materiallar texnologiyasi", - M .: Oliy maktab, 1990 yil.

4. "Yarimo'tkazgichlar va yarim o'tkazgich qurilmalari bo'yicha seminar", / Ed. Shalimova K.V. - M .: Oliy maktab, 1968 yil.

(1. Fazalar qoidasi. 2. Fazalar muvozanati diagrammalari tushunchalari. 3. Segmentlar qoidasi. 4. Davlat diagrammasiIIImehribon)

1. Fazalar qoidasi

Komponentlarning harorati yoki kontsentratsiyasi o'zgarganda, tizim (qotishma) turli holatlarda bo'lishi mumkin. Bir holatdan ikkinchi holatga o'tish jarayonida unda fazaviy o'zgarishlar sodir bo'ladi - yangi fazalar paydo bo'ladi yoki mavjud fazalar yo'qoladi.

Tizimning holatini o'zgartirish imkoniyati, ya'ni fazalarning soni va kimyoviy tarkibi uning dispersiyasi bilan belgilanadi - erkinlik darajalari soni.

Ta'rif. Tizimning erkinlik darajalari soni - tizim fazalari sonini o'zgartirmasdan o'zgartirilishi mumkin bo'lgan tashqi (harorat, bosim) va ichki (kontsentratsiya) omillar soni.

Faza qoidasi tenglamasi ( Gibbs qonuni) bir necha komponentlardan tashkil topgan doimiy bosimdagi tizim uchun shaklga ega

C \u003d K - F + 1, (3.1)

bu erda C - erkinlik darajalari soni (tizimning dispersiyasi); K - komponentlar soni; F - fazalar soni.

Erkinlik darajalari soni har doim noldan katta yoki teng bo'lgani uchun, ya'ni. C  0, u holda komponentlar va fazalar soni o'rtasidagi shart bajariladi

F  K + 1, (3.2)

qotishmalardagi muvozanat fazalarining maksimal mumkin bo'lgan sonini o'rnatish.

2. Muvozanat faza diagrammalari tushunchalari

Fazaviy muvozanat diagrammasi ( holat diagrammalari) qotishmalarning tuzilishini oʻrganishda, ularning issiqlik bilan ishlov berish rejimlarini tanlashda va hokazolarda qoʻllaniladi.

Muvozanat fazasi diagrammasi muvozanat sharoitida berilgan sharoitlarda (komponentlarning kontsentratsiyasi va harorat) qaysi fazalar mavjudligini ko'rsatadi. Diagrammadan siz aniqlay olasiz agregatsiya holati, uning tarkibiy qismlarining harorati va kontsentratsiyasiga qarab, fazalarning soni va kimyoviy tarkibi, shuningdek, qotishmaning strukturaviy-fazali holati.

Fazaviy muvozanat diagrammasi "grafik" bo'lib, uning abssissasida komponentlarning kontsentratsiyasi (har qanday qotishmadagi komponentlarning umumiy miqdori 100%), ordinatada esa harorat ko'rsatilgan. Diagrammaning x o'qidagi ekstremal nuqtalar (chap va o'ng) sof komponentlarga mos keladi. Ushbu o'qdagi har qanday boshqa nuqta qotishma komponentlarining ma'lum bir konsentratsiyasiga to'g'ri keladi.

Masalan, ikki komponentli qotishma uchun (3.1-rasm), nuqta LEKIN sofga mos keladi, ya'ni. tarkibida 100%, A komponenti, nuqta IN- sof komponent B, nuqta C - 75% A va 25% B o'z ichiga olgan qotishma, nuqta D - 75% B va 25% A ni o'z ichiga olgan qotishma. Konsentratsiya o'qi komponentlardan birining tarkibidagi o'zgarishlarni ko'rsatadi (3.1-rasmda - B komponenti).

Guruch. 3.1 - Fazalar muvozanati diagrammasi koordinatalari

Fazali diagrammalarni qurish uchun har xil tarkibdagi qotishmalar har xil haroratlarda tekshiriladi. Diagrammalarni qurishning an'anaviy usuli - bu "harorat - vaqt" koordinatalarida qotishmalarning sovutish egri chiziqlarini olish imkonini beruvchi termal tahlil usuli. sovutish egri chiziqlari(qotishmalar).

Qotishmalar juda past tezlikda, ya'ni muvozanatga yaqin sharoitlarda sovutiladi.

Sovutish sxemalarini qurish quyidagi ketma-ketlikda amalga oshiriladi:

"harorat - kontsentratsiya" koordinatalarida o'rganilayotgan kompozitsiyalarning qotishmalariga mos keladigan vertikal chiziqlarni torting (dan ko'ra). kamroq qadam konsentratsiya, diagramma qanchalik aniq bo'lsa);

bu qotishmalar uchun sovutish egri chiziqlari qurilgan;

vertikal chiziqlarda nuqtalar harorat o'zgargan haroratni ko'rsatadi agregatsiya holati yoki tuzilishi qotishmalar;

turli qotishmalarning bir xil o'zgarishlar nuqtalari tizimning bir xil holatlari maydonlarini cheklovchi chiziqlar bilan bog'langan.

Biz bunday konstruktsiyalarni 1-sonli laboratoriya ishida "sink-kalay" holat diagrammasini qurishda bajardik ("Zn – sn»).

Diagrammaning ko'rinishi qattiq va suyuq holatdagi komponentlarning bir-biri bilan qanday ta'sir qilishiga bog'liq.

Eng oddiy diagrammalar ikkilik (ikki yoki ikki komponentli) tizimlardir ( ko'p komponentli tizimlar ularga "ortiqcha" komponentlarning belgilangan qiymatlarida qisqartirilishi mumkin), ularning asosiy turlari qotishmalarning holati diagrammalarini o'z ichiga oladi qattiq holat(normal haroratda):

a) toza komponentlarning mexanik aralashmalari (I tur);

b) komponentlarning eruvchanligi cheksiz bo'lgan qotishmalar (II turdagi);

v) komponentlarning eruvchanligi cheklangan qotishmalar (III tur);

d) kimyoviy birikma hosil qiluvchi qotishmalar (IV tur).

Ma'ruzada fazaviy muvozanat diagrammalarini qurishni uchinchi turdagi fazaviy diagramma misolida ko'rib chiqamiz - komponentlarning eruvchanligi cheklangan qotishma (boshqa turdagi diagrammalar laboratoriya ishlarida ko'rib chiqiladi).

Lekin birinchi navbatda biz bunday diagrammalarni tahlil qilish uchun nima muhimligini muhokama qilamiz segment qoidasi(tutqich).

Fazali diagrammalarni tahlil qilish

Ikki fazali chiziqlar, qoida tariqasida, ikkita uch nuqtani yoki nol bosimga to'g'ri keladigan y o'qidagi nuqta bilan uch nuqtani bog'laydi. Istisno - bu tanqidiy nuqtada tugaydigan suyuqlik-gaz liniyasi. Kritik haroratdan yuqori suyuqlik va bug 'o'rtasidagi farq yo'qoladi.

Ikkilik tizimlar diagrammalarining kesimlari va proyeksiyalari

harorat-tarkibiy diagrammalar

Ikkilik tizimlarning diagrammalari

Cheksiz qattiq holatda eruvchanligi

Evtektik va evtektik o'zgarishlar

Kimyoviy birikmalar hosil qiluvchi qotishmalar

Wikimedia fondi. 2010 yil.

Boshqa lug'atlarda "Faza diagrammasi" nima ekanligini ko'ring:

- (Qarang: STATUS diagrammasi). Jismoniy ensiklopedik lug'at. M.: Sovet entsiklopediyasi. Bosh muharrir A. M. Proxorov. 1983. FAZA DIAGRAMI ... Jismoniy entsiklopediya

Holat diagrammasi bilan bir xil ... Katta ensiklopedik lug'at

faza diagrammasi- termodinamik diagramma, bu diagrammada bosim va harorat koordinata o'qlari bo'ylab, fazalar muvozanatining egri chiziqlari tasvirlangan. [Tavsiya etilgan shartlar toʻplami. 103-son. Termodinamika. SSSR Fanlar akademiyasi. Ilmiy-texnika qo'mitasi ... ... Texnik tarjimon uchun qo'llanma

FAZA DIAGRAMI, moddaning turli xil muvozanat FAZALARI mavjud bo'lgan sharoitlarning grafik tasviri. Masalan, sof qattiq jism uchun ERISH NUQTASI BOSIMI egri chizig'i diagrammani ikki qismga ajratadi. Bitta nuqta ...... Ilmiy-texnik entsiklopedik lug'at

faza diagrammasi- fazių pusiausvyros diagrama statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės sistemos fazių pusiausvyros grafinis vaizdas. attikmenys: ingliz. fazalar diagrammasi muvozanati; termodinamik faza diagrammasi vok.… …

faza diagrammasi- Faza diagrammasi Faza diagrammasi (holat diagrammasi) Termodinamik muvozanatli tizimning holat parametrlari (harorat, bosim, tarkib va ​​boshqalar) o'rtasidagi munosabatlarning grafik tasviri. Faza diagrammasi ...... aniqlash imkonini beradi. Nanotexnologiyaning inglizcha-ruscha izohli lug'ati. - M.

Fazali diagramma Faza diagrammasi. Qizdirilganda yoki sovutilganda mavjud bo'lgan qotishma yoki keramika tizimidagi kritik haroratlar va faza chegaralarining grafik tasviri. Faza diagrammasi muvozanat diagrammasi bo'lishi mumkin ... ... Metallurgiya atamalarining lug'ati

Holat diagrammasi bilan bir xil. * * * FAZA DIAGRAMI FAZA DIAGRAMI, holat diagrammasi bilan bir xil (STATUS diagrammasiga qarang) ... ensiklopedik lug'at

Faza diagrammasi atamasi Ingliz tilidagi atama faza diagrammasi Sinonimlar holat diagrammasi Qisqartmalar Aloqador atamalar kritik miselizatsiya harorati, spinodal parchalanish Ta'rifi holatlarning grafik tasviri ... ... Nanotexnologiyaning entsiklopedik lug'ati

faza diagrammasi- fazių diagramma statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Daugiafazės termodinaminės sistemos busenų diagrammasi. attikmenys: ingliz. faza diagrammasi vok. Gleichgewichtsdiagramm, n; faza diagrammasi, n; Zustandsdiagramm, n;…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Kitoblar

• Volfram karbidlari fizikasi va kimyosi, Aleksandr Ivanovich Gusev. Monografiya bayon etilgan zamonaviy fundamental tadqiqotlar texnikada keng qo'llaniladigan volfram karbidlari. Buzilish tartib o'zgarishlarining simmetriya tahlili va ...

FAZA DIAGRAMI, muvozanatda bo'lgan sharoitlarning (harorat, bosim, kimyoviy tarkib va ​​boshqalar) grafik tasviri. termodinamik tizim, bir yoki bir nechta berilgan moddalardan (tizimning mustaqil komponentlaridan) iborat bo'lib, har xil fizik-kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lgan moddaning (fazaning) bir hil holatlari mavjud. "Faza diagrammasi" atamasiga ekvivalent sifatida "davlat diagrammasi" atamasi qo'llaniladi (asosan Rossiya va Germaniyada). Biroq, holat diagrammasi ko'pincha, ayniqsa ingliz tilidagi adabiyotlarda tizimdagi fazalar muvozanatini bevosita aks ettirmaydigan grafiklar deb ham ataladi.

Fazalar fazalar diagrammasida mustaqil termodinamik o'zgaruvchilar fazosida joylashgan egri chiziqlar yoki sirtlar bilan chegaralangan hududlar sifatida ifodalanadi. Odatda bu harorat T, bosim P, tizim komponentlarining x mol ulushlari, bu va boshqa o'zgaruvchilarning funktsiyalari, masalan, tarkibiy qismlarning miqdorlari yoki konsentrasiyalari nisbati, zichlik p yoki molyar hajmlar V m, moddalarning qisman bosimi yoki kimyoviy potentsiali m. Tashqi kuch maydonlari yo'q bo'lganda, to'liq faza diagrammasining koordinata o'qlari soni ochiq tizim c komponentlari bilan c+2 ga teng. Tekislikda ko'p o'lchovli fazali diagrammalarni tasvirlash uchun ularning kesimlari va proyeksiyalari ba'zi mustaqil o'zgaruvchilarga qo'yilgan ma'lum cheklovlar ostida qurilgan, ko'pincha maxsus tanlangan koordinata tizimlari (Jenike koordinatalari, Gibbs-Rosebaum uchburchaklari va boshqalar) bilan birgalikda ishlatiladi. Faza diagrammasida ko'rsatilgan: tizimning berilgan tarkibiy qismlarini qanday alohida moddalar, suyuq, qattiq yoki gaz eritmalari tashkil qiladi; qanday sharoitda bunday fazalar va ularning geterogen aralashmalari termodinamik jihatdan barqaror; termodinamik o'zgaruvchilarning qaysi qiymatlarida tizimda moddalarning fazaviy o'zgarishlari sodir bo'ladi. Ma'lumotlarni o'z ichiga olgan fazali diagrammalar kimyoviy tarkibi bosqichlari, shuningdek, aniqlash imkonini beradi nisbiy miqdorlar birgalikda mavjud bo'lgan bosqichlar. Bunday ma'lumotlar ko'plab ilmiy va amaliy muammolarni hal qilish uchun zarur bo'lib, kimyo, metallurgiya, materialshunoslik, geokimyo va fan va texnikaning boshqa sohalarida keng qo'llaniladi.

Faza diagrammasining koordinatalari ikki turdagi termodinamik o'zgaruvchilar bo'lishi mumkin - muvozanat tizimining barcha qismlarida bir xil qiymatlarga ega bo'lgan termal, mexanik va kimyoviy muvozanat T, P, m parametrlari yoki (odatda turli xillarda farqlanadi) fazalar) ekstensiv xususiyatlarning umumlashtirilgan zichliklari, masalan, x, p, V m va ekstensiv miqdorlarning tizimdagi moddaning miqdori, massasi yoki hajmiga nisbatlariga teng bo'lgan boshqa xususiyatlar. Shu munosabat bilan fazaviy diagrammalarning uch turi mavjud. Xuddi shu turdagi diagrammalar izomorf: ular komponentlar soni va koordinata o'qlaridagi o'ziga xos o'zgaruvchilarning qiymatlaridan qat'i nazar, bir xil topologik xususiyatlarga ega.

Intensiv muvozanat parametrlari bo'lgan (T, R), (T, m i), (m i, m j) va shunga o'xshash turdagi fazali diagrammalarda faqat faza mintaqalari va ularni ajratuvchi chiziqlar (sirtlar) ko'rsatilgan, ular alohida fazalarning barqarorlik chegaralari. Chiziqlarning kesishish nuqtalari ikki fazadan ortiq muvozanat shartlariga mos keladi. Shunday qilib, bir komponentli tizimning (T, P) - diagrammasidagi uchlik nuqtasi uch fazaning barqaror birga yashash shartlarini ko'rsatadi.

Konsentratsiyalar, molyar xususiyatlar, zichliklar o'qi mavjud bo'lganda, masalan, fazalar diagrammasida (T, x), (P, x), (m i, x), (T, p), faza barqarorlik hududlari muvozanat fazalarining heterojen aralashmalari mavjudligini aks ettiruvchi boshqa hududlar bilan ajratiladi. Ikki komponentli kadmiy-sink tizimi uchun ushbu turdagi faza diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. Ushbu ikki komponentli tizimning diagrammasi ikkitadan iborat koordinata o'qlari, va + 2 bilan yuqoridagi ifoda talab qilganidek, to'rtta emas, chunki uni qurishda doimiylik sharti P ishlatilgan va Cd va Zn miqdoridagi ikkita mustaqil o'zgaruvchilar bitta konsentratsiya x Zn (x Cd = 1 - x) bilan almashtirilgan. Zn). Rasmning yuqori qismi suyuqlik-bug' muvozanati diagrammasi. Sof komponentlarning erish nuqtalarini bog'lovchi singan egri chiziq suyuqlanish chizig'i deb ataladi va tizimning "erish nuqtasi" ni ko'rsatadi. Bunday faza diagrammasining geterogen mintaqasida kontsentratsiya o'qiga parallel ravishda mavjud bo'lgan ikkita fazaning chegaralari o'rtasida chizilgan to'g'ri chiziqlar (konodlar) (rasmdagi evtektik konodga qarang) tizimning har qanday ma'lum tarkibiy tarkibini aniqlashga imkon beradi. birgalikda mavjud bo'lgan fazalar soni ("tutqich qoidasi").

Uchinchi turdagi faza diagrammasida - (x i, x j), (x i, p), (molyar entropiya, x), (molyar entalpiya, x) va boshqalar - koordinatalar faqat keng termodinamik xususiyatlarning umumlashtirilgan zichligidir. Bu diagrammalarda, shuningdek, fazalar va konodlarning geterogen aralashmalari ko'rsatilgan, ammo boshqa ikki turdagi faza diagrammalaridan farqli o'laroq, bu holda geterogen aralashmalarning holati tekis yoki uch o'lchamli (uchburchak, tetraedr) ko'rinishida ko'rsatiladi va buni amalga oshirish mumkin. uch va undan ortiq fazalar bo'lganda tizimning miqdoriy fazaviy tarkibini aniqlang (rasmning "og'irlik markazi qoidasi").

Fazali diagrammalar eksperimental tarzda o'rganiladi va tizimni tashkil etuvchi moddalarning termodinamik xususiyatlari haqidagi ma'lumotlarga ko'ra kimyoviy termodinamika usullari bilan hisoblanadi. Fazali diagrammalarni qurishning nazariy asoslari 1880-yillarda J. Gibbs tomonidan berilgan. U, shuningdek, fazalar muvozanati va fazalar diagrammalarini eksperimental o'rganishda keng qo'llaniladigan "faza qoidasi" ni (Gibbs fazasi qoidasini ko'ring) shakllantirdi: qat'iy T va P da muvozanatning birgalikda mavjud bo'lgan fazalari soni f tizim sonidan oshmasligi kerak. komponentlar ikkidan ortiq, f ≤ c + 2.

Lit.: Palatnik L. S., Landau A. I. Ko'p komponentli tizimlarda fazaviy muvozanatlar. Xar., 1961; Kaufman L., Bernstein H. Kompyuter yordamida [metall tizimlarning] holat diagrammalarini hisoblash. M., 1972; Jismoniy metallurgiya / R. Kan, P. Xaazen tomonidan tahrirlangan. M., 1987. T. 2.