Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
*Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа Клаузиуса. Идеальный газ — это система, в которой потенциальная энергия взаимодействия намного меньше кинетической энергии поступательного движения. Кроме того, размеры частиц намного меньше, чем расстояния между ними.
9
щих из огромного числа микрочастиц, совершающих постоянное тепловое движение.
Еще одно макроявление наблюдается по мере увеличения всего объема системы - конвекционные потоки. Природа его очень сложна и изучена недостаточно. Однако в условиях выращивания кристаллов и вообще в различных случаях тепломассопереноса это явление играет весьма важную роль.
Рассмотрим, чем отличается жидкое состояние от газообразного и твердого. Этот вопрос все еще остается без четкого ответа. Внешнее отличие заключается в том, что жидкость не сохраняет приданной ей формы. Она под действием силы тяжести приобретает форму сосуда, не заполняя его целиком. Огромную роль в жидкости играют силы притяжения между частицами. Об этом свидетельствует то, что малые капли сохраняют сферическую форму. Однако одни части жидкости легко перемещаются относительно других частей, но в то же время жидкая поверхность довольно устойчива, так что ее увеличение требует затраты энергии.
В дальнейшем рассмотрим эти особенности более подробно. Сейчас отметим лишь следующее: жидкость можно рассматривать как систему, в которой происходят флуктуации ПЛОТНОСТИ, так что в некоторых небольших объемах благодаря межмолекулярным силам сцепления частицы образуют твердые участки, которые могут двигаться относительно друг друга в остальной части жидкости, имеющей строение газа. Можно представить, что переход от одного плотного участка к другому сопровождается скачком изменения плотности от высокой до того значения, которое соответствует плотности газа. Другими словами, может существовать четкая граница между твердыми участками и прослойкой газа. Следует, однако, пояснить, что твердые образования очень малы и состоят из нескольких десятков атомов. Во всяком случае экспериментальные исследования (рентгеноструктурный анализ жидкостей) совершенно четко свидетельствуют о том, что в жидком состоянии существуют микрообъемы с упорядоченной структурой, в которых частицы почти не совершают дальние поступательные движения.
Для описания структуры жидкого состояния и его отличия от твердого, кристаллического часто используют понятие ближний и дальний порядок в расположении атомов.
Ближний порядок - это порядок, когда только ближайшие соседи, окружающие данный атом, расположены упорядоченно. Дальний порядок - это упорядочение на более далеких расстояниях (обычно несколько межатомных расстояний и более).
Считается, что при не очень высоких температурах в жидком состоянии сохраняется строгий ближний порядок. Структура ближнего
ю
порядка, например расплавленного кремния, представляет собой размытый объемноцентрированный куб. Дальний же порядок из-за колебаний и поступательного движения атомов нарушается.
Упорядоченные области в жидкости возникают спонтанно. Между ними существуют области с неупорядоченным расположением атомов. Эта картина не является стабильной. В следующий момент вследствие флуктуации температуры упорядоченные области возникают в другом месте и т.д.
Что же представляют собой твердые образования (флуктуации) и вообще что представляет собой твердое тело?
Главным, чисто внешним отличием от жидкого состояния является способность сохранять форму. При этом существуют тела хрупкие и пластичные. Хрупкие тела при деформации крошатся. Пластичные же тела перед разрушением могут изменять форму, не разрушаясь. Все это связано с характером и индивидуальностью взаимодействия между частицами и особенностями их движения.
Твердые тела бывают аморфными и кристаллическими, причем их состояние часто не связано с внешним видом. Так, парафин является кристаллическим телом, а стекло - аморфным. С помощью рентгеноструктурного анализа отличие аморфного тела от кристаллического устанавливается довольно просто. Аморфное тело имеет такую же структуру, как и жидкое, с тем лишь различием, что в жидком состоянии плотные (твердые) участки существуют временно, а у аморфного тела они долговечны. У жидкости большая часть частиц имеет большую длину свободного пробега (расстояние между столкновениями), у аморфного тела частицы в основном совершают колебания вокруг центра оседлости и только некоторые из них могут совершать скачки на несколько межатомных расстояний. Кроме того, в жидком состоянии "твердые” микрообразования могут передвигаться в ’’газовой” среде не разрушаясь, в аморфном же состоянии такое перемещение исключено.
Общей особенностью жидкого и аморфного состояний является то, что большая часть частиц расположена относительно друг друга в полном беспорядке: почти так, как выглядит мгновенная фотография относительного расположения частиц в газообразном теле. В этом смысле твердое кристаллическое тело по строению и взаимному расположению частиц резко отличается от уже рассмотренных агрегатных состояний вещества.