Методы переноса в протоке.
Во многих случаях, например, для выращивания эпитаксиальных пленок элементарных полупроводников или соединений с незначительными отклонениями от стехиометрии процессы переноса намного удобнее проводить в проточных системах. В проточных системах реакция у источника контролируется независимо, т. е. значения Т и Р в зоне источника не связаны со значениями Т и Р в зоне кристаллизации Скорость переноса молекул летучего соединения может регулировался скоростью потока газа-носителя, что позволяет увеличить скорость переноса Наконец, в проточном методе легко вводить легирующие примеси или избыток одного из компонентов соединения Расчет скорости переноса в проточных системах значительно проще, а потому легче установить условия проведения процессов. Перенос осуществляется простои гетерогенной обратимой реакцией
IA(тв) + kB(г) Û jС(г)
которая происходит в аппарате, изображенном на рис. 636. Газ — реагент В проходит под исходным веществом А и образует соединение С, которое в интервале температур Т2®Т1 находится в газообразном состоянии. Молекулы соединения С, увлекаемые избытком газа В или инертным газом (например, гелием или аргоном), переносятся в зон) кристаллизации, находящуюся при температуре Т1, где происходит обратная реакция разложения молекул С на твердое вещество А и газ В. Эта реакция происходит как па стенках аппарата, так и на монокристаллических подложках-затравках, предварительно введенных в аппарат. Поскольку поверхность подложки значительно меньше поверхности стенок аппарата, то выход материала, нарастающего на подложку, невелик.
Обозначим через в число молей газа реагента В, вводимого в аппарат, через п'В —число молей газа В, находящихся в свободном состоянии в зоне Т1 , через п"В —число молей газа В в зоне Т2, через п’с и п"с число молен соединения С соответственно в зонах Т1 и Т2. Баланс компонента В
nB=n’B+k/j *n’C= n’’B+k/j n’’C 6.57
Количество вещества А, вступающее в реакцию с В при температуре Т2, в пересчете на моль вводимого в систему реагента В, составляет i/j* n’C/nB.
Количество вещества А, выводимого из системы током газа T1 ,i/j· n’C/nB.
Количество вещества А (nA), выделяющегося при температуре T1,
NA/nB = i/j· n’C/nB.– i/j· n’’C/nB.= i/j· Dn’C/nB. (6,58)
Поскольку имеем дело с газом, целесообразно вводить в расчеты значения парциальных давлений всех компонентов РВ и РС- Тогда можно написать:
nC/nB=PC/PB (1/(1-PC/PB(j-k/j))
Если j = k, то выражение в скобках равно единице. Если же j=/=k, но PC<<PB , то и тогда выражение в скобках можно принять равным единице. Объединяя уравнения (6.57) и (6.58), находим количество перенесенного вещества А:
nA = i/j·DPCnB/PB 6.60
Зная величину констант равновесия для прямой и обратной реакций при температурах Т1 и Т2 и принимая, что общее давление в системе равно РB(РB>РC), можно рассчитать DРс, а следовательно, и выход реакции.
Расчеты эффективности реакций переноса сводятся, таким образом, к определению разности парциальных давлений молекул-переносчиков в зонах источника и кристаллизации. Перенос вещества существует тогда, когда эта разность имеет достаточно большое значение.
