Тема 3. Термодинамический метод описания свойств материалов и процессов их получения.

Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Энтальпия реакции и ее зависимость от температуры.

Второе начало термодинамики. Энтропия как критерий равновесия и протекания процессов в изолированных системах. Энтропия и термодинамическая вероятность. Статистический характер 2-го начала термодинамики.

Характеристические функции. Термодинамические потенциалы. Термодинамические критерии направления процессов и условия равновесия в закрытых системах. Фундаментальные уравнения состояния. Химический потенциал. Уравнения состояния для открытых систем. Условия протекания процессов в открытых системах. Уравнение Гиббса - Дюгема. Химический потенциал компонентов смеси идеальных и реальных газов, жидких и твердых растворов. Понятие активности и летучести.

 

Раздел 2. Термодинамический метод описания свойств материалов и процессов их получения.

 

Тема 4. Химические равновесия в технологии получения материалов и структур твердотельной электроники.

Термодинамический вывод закона действующих масс. Константы равновесия. Уравнения изотермы химической реакции Вант-Гоффа и использование его для управления физико-химическими процессами в полупроводниковой технологии. Уравнения изохоры и изобары химической реакции. Третье начало термодинамики. Химическая координата (переменная). Зависимость свободной энергии системы от химической координаты. Использование химической переменной для анализа технологических процессов, сопровождающихся одновременным протеканием нескольких химических реакций. Химические равновесия в технологии получения полупроводниковых материалов.

 

Тема 5. Кинетика фазовых переходов и равновесий в полупроводниковой технологии.

Термодинамические критерии равновесия фаз. Правило фаз Гиббса. Фазовые переходы в однокомпонентных системах. Сублимация, кристаллизация, полиморфные превращения. Уравнения Клаузиуса – Клапейрона. Р-Т диаграмма состояния однокомпонентной системы. Фазовые переходы второго рода. Термодинамическая теория переходов 2-го рода. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Зависимость термодинамических функций от состава гетерогенной смеси компонентов. Определение химического потенциала из концентрационной зависимости свободной энергии Гиббса. Методы фазового анализа. Графический метод определения состава равновесных фаз. Правило рычага.

Диаграммы состояния с неограниченной и ограниченной растворимостью компонентов, с эвтектическим и перетектическим превращениями, с химическим соединением. Экспериментальные методы фазового анализа и построения диаграмм состояния.

Тема 6. Термодинамика растворов.

Идеальные и разбавленные растворы. Состав пара над раствором. Законы Генри, Рауля, Коновалова, Р-х - диаграммы. Неидеальные растворы. Избыточные термодинамические функции. Коэффициент активности как мера отклонения от идеальности. Термодинамическая классификация растворов. Концепция регулярного раствора, квазихимическое приближение. Параметр взаимодействия. Связь коэффициента активности с параметром взаимодействия.

Аналитическое описание двухфазных равновесий в бинарных системах. Термодинамический анализ растворимости примесей в полупроводниках. Распад твердых растворов.

Трехфазные равновесия в бинарных системах на основе полупроводниковых фаз. Основные типы Р-Т-х – диаграмм состояния полупроводниковых систем. Использование Р-Т-х –диаграмм состояний для выбора технологических методов и условий получения, очистки и легирования полупроводниковых материалов.

 

Раздел 3. Кинетика физико-химических процессов в полупроводниковых технологиях.