Лекция 29-30
Диффузия әдісімен р-n- ауысуларды алу
Диффузия кезінде қоспа элементінің атомын тасымалдау, концентрация градиентінің кему бағытына қарай бағытталған болады. Идеал кристаллдарда диффузия процесі екі көрші атомдардың орын ауыстыруы немес атомдардың шеңбер бойымен орын ауыстыруы арқылы өтуі мүмкін. Реал кристаллдарда нүктелік Френкель және Шоттки дефектері болады. Олардың концентрациясы температураға экспоненциалды тәуелді.
Френкель, Вагнер және Шоттки тарапынан жасалған реал кристаллдардағы диффузия процесі үш механизмнен тұрады:
Идеал кристаллдардағыдай өзара орын ауыстыру
Кристаллдардың түйіндері арасы бойымен диффузия
Вакант (бос) түйіндер, арқылы диффузия.
Металдарда және жартылай өткізгіштерде қоспа атомдарының диффузия
жылдамдығы, олардың растворимостына (ерітінділеріне) кері тәуелді.
Егер жартылай өткізгіштің және қоспаның атомдары біртекті болатын болса, онда
қоспа атомдары жартылай өткізгіште негізінен бос түйіндерді алмастыру арқылы диффузияланады. Бұндай диффузиялық процесс вакансия, яғни бос түйіндер арқылы диффузия деп аталады. Ал жартылай өткізгіштің және қоспаның атомдары біртекті болмаса, онда қоспа атомдары жартылай өткізгіштің түйіндері арасы бойымен диффузияланады.
А.Фико 1855 жылы бірінші болып идеал газдар мен ертінділерде болатын диффузиялық процесстерді математикалық теңдеулер арқылы көрсетіп берді. Фиконың бірінші заңы: қоспа атомының концентрация градиенті тұрақты, атомдардың ағыны уақыт бойынша өзгермес болғанда, қоспа атомдарының жартылай өткізгішке ену жылдамдығын анықтайды, яғни қоспа атомдарының ағынының тығыздығын былайша анықтайды: (1), мұнда D-диффузия коэффициенті, dc/d –концентрация градиенті.
Диффузия коэффициенті – бұл жылдамдық, осы жылдамдық арқылы жүйе концентрация градиентін теңестіруге ұмтылады. Бұл жылдамдықты температура анықтайды және ол атомдардың кристалл решеткадағы байланыс энергиясына, вакансиялардың санына, решетка тұрақтысына, атомдардың решеткадағы тербеліс жиілігіне байланысты болады. Бұл байланыс мына таңдау арқлы анықталады: (2), мұнда тұрақты шама, -диффузияның белсенділік энергиясы. Фиконың екінші заңы: қоспа атомдарының диффузия бағытына перпендикуляр жазықтықта жиналып қалу жылдамдығын анықтайды, яғни: (3), мұнда dc/dt- диффузияланушы қоспаның концентрациясының уақытқа байланысты өзгеруі.
Осылайша диффузия әдісімен жартылай өткізгіштерде р-n- ауысуларды алу мүмкін.
Диффузияны дұрыс өткізу үшін жартылай өткізгіш пластинасын жақсы дайындау керек, яғни жазық р-n- ауысу алу үшін пластинаны механикалық, химиялық полировка жасау керек. Диффузия жасалатын элементке (диффузантқа) төмендегідей талап қойылады:
диффузант өте жоғары таза болуы керек
диффузанттың массасы жеткілікті болуы керек
диффузант диффузия өткізетін процесске сай болуы керек
диффузант жартылай өткізгішпен диффузия өткізуге кедергі жасайтын реакция бермеуі керек.
Диффузантты жартылай өткізгішке диффузия жасаудың бірнеше түрі бар: газдан диффузия жасау, будан диффузия жасау және беттегі диффузант көзінен жасау.
Газдан диффузия жасау. Ол үшін оқшауланға көлемге жартылай өткізгіш пластинасы және диффузант орналастырылады. Егер оларды белгілі бір Т- температураға дейін қыздыратын болсақ, онда оқшауланған көлемде қоспаның парциалдық қысымы пайда болады. Бұл қысым мына теңдеумен анықталады:
(4), мұнда р0- осы жүйені сипаттаушы тұрақты, L –булану жылуы, R-газ тұрақтысы. Диффузант элементің молекулалары жартылай өткізгіш пластинасының бетіне отырады. Нәтижеде концентрация градиентіне және температураға байланысты, диффузант жартылай өткізгішке енеді. Жартылай өткізгіш пластинкасының бетіндегі қоспа (диффузант) концентрациясы, қоспа қысымы Рi-ге былайша байланыста болады:
(5), мұнда Сі жартылай өткізгіштің меншікті концентрациясы, р-диффузанттың Т- температурадағы қысымы, n-будағы диффузант атомдарының қоспадағы атомдардың санына қатынасы, -жүйені сипаттаушы тұрақты. Осылайша газдан диффузия жасалады. Ал будан (газ фазасынан) және жартылай өткізгіштің бетінде диффузанттан диффузия жасау, газдан диффузия жасау процессіне ұқсас болады.
Достарыңызбен бөлісу: |
