Введение
Целью работы является анализ процесса выращивания монокристаллов теллурида германия в реакторе, получаемых из газообразных германия и теллура.
В ходе анализа необходимо определить температуру и условия, при которых возможен синтез соединения, теоретически рассчитать и построить диаграммы состояния исследуемой системы Ge-Te.
Также нужно определить границы областей гомогенности фаз и твердых растворов компонентов, оценить температуры дополнительных источников паров компонентов, необходимые для протекания основного процесса в прямом направлении при выбранной рабочей температуре. Помимо этого, важно учесть возможность окисления компонентов в ходе процесса и определить степень откачки реактора.
1. Справочные данные и описание соединения
1.1. Описание структуры, свойств и применения соединения
Теллурид германия является бинарным неорганическим соединением.
При обычных условиях представляет собой похожие на металл нерастворимые в воде чёрные кристаллы (рисунок 1, а) тригональной сингонии (параметры ячейки a = 0,598 нм, α = 88,4). В этой фазе он является сегнетоэлектриком (точка Кюри около 670 К) и низкотемпературным сверхпроводником.
С повышением температуры постоянная a кристаллической решетки увеличивается, угол α уменьшается. При температуре 390 – 460 °C происходит фазовый переход в структуру кубической сингонии, при этом решетка становится кубической гранецентрированной c постоянной a = 0,599 нм.
Изображение элементарной ячейки теллурида германия приведено на рисунке 1, б.
|
|
а |
б |
Рисунок 1 – Теллурид германия: а – Кристаллы GeTe, б – Элементарная ячейка GeTe |
|
Молярная масса 200,24 г/моль, плотность 6,24 г/см3,температура плавления 725 °C. Соединение не реагирует с соляной и серной кислотами, перекисью водорода; взаимодействует с царской водкой; разлагается с концентрированной азотной кислотой.
Применяется GeTe в качестве полупроводникового материала для термоэлектрических генераторов, а также широко используется в энергонезависимых оптических хранилищах данных, таких как компакт-диски, и может заменить динамическую и флэш-память с произвольным доступом.
На рисунке 2 приведена Т-х проекция диаграммы состояния системы.
Рисунок 2 – Т-х проекция диаграммы состояния системы Ge -Te
1.2. Справочные данные
Необходимые для проведения термодинамического анализа данные приведены в таблице 1.
Таблица 1 |
||||||||
Вещество (фаза) |
|
|
|
|
К |
|||
a,
|
b ·103,
|
|||||||
|
372 |
167,91 |
30,7 Дж/(моль·K) |
– |
– |
|||
|
168 |
222,8 |
36,73 |
– |
– |
– |
||
|
– 32,6 |
82 |
49,79 Дж/(моль·K) |
– |
998 |
|||
(тв) |
0 |
42,38 |
23,8 |
16,8 |
37,3 |
1211 |
||
|
0 |
49,71 |
23,8 |
6,28 |
17,5 |
722 |
||
|
0 |
205,03 |
29,36 |
1,08 |
– |
– |
||
|
– 539,74 |
52,30 |
46,86 |
30,0 |
21,1 |
1300 |
||
,
,
,
,
(газ)
(газ)
(тв)
(тв)
(газ)