Применение твердых растворов с неограниченной растворимостью

Условия реализации ДФР с неограниченной растворимостью

Двойные системы А – В, компоненты А и В которых неограниченно растворяясь друг в друге в жидком и твердом состоянии, могут быть образованы как химическими элементами, так и соединениями. При этом оба компонента должны:

а) обладать одинаковым типом химической связи;

б) обладать одинаковым типом кристаллических решеток;

в) параметры элементарных ячеек (или атомные радиусы) не должны различаться (Δa, ΔR) более чем на (10-15)%;

г) иметь схожий потенциальный рельеф кристаллических решеток компонент.

Такие растворы представляют собой изовалентные растворы замещения (табл. 5.1)

Таблица 5.1. Двойные системы (металлические и полупроводниковые)

с неограниченной растворимостью).

Твердые растворы	Компоненты	Структура	Δa или ΔR, %
Металлические	Au-Cu	ГЦК	11.2
Ag-Cu	ГЦК	11.3
Au-Pt	ГЦК	5.0
Ni-Cu	ГЦК	3.0
Fe-Cr	OЦК	9.0
Mb-W	OЦК	9.9
V-Ti	OЦК	2.0
Ti-Mb	OЦК	5.0
Полупроводниковые	Ge-Si	Алмаз	10.4
InAs-InP	Сфалерит	3.2
GaAs-GaSb	Сфалерит	8.0
GaAs-GaP	Сфалерит	3.0
GaAs-InAs	Сфалерит	8.0
Bi2Te3-Bi2S3	Тетрадимит	8.0
Bi2Te3-Sb2Te3	Тетрадимит	8.0

Из элементарных алмазоподобных полупроводников диаграмму фазового равновесия с неограниченной растворимостью образуют только кремний и германий. Они полностью отвечают перечисленным выше требованиям. Кремний же и углерод (алмаз) отвечают требованиям по химической природе и типу решетки, но очень сильно различаются по размеру ковалентных тетраэдрических радиусов (R _Si = 0,117 нм, R _C = 0,077 нм; Δ R / R _Si =36 %). В связи с этим растворимость углерода в кремнии не превышает сотых долей процента, а кремния в углероде еще меньше.

Неограниченная растворимость - очень распространенное явление среди полупроводниковых соединений. Их образуют между собой очень многие соединения классов A ^III В ^V, A ^II B ^VI, A ₂^V B ₃^VI и др. (см. табл. 5.1). Такие твердые растворы находят широкое применение. Этому способствует то, что твердые растворы полупроводников, с неограниченной растворимостью позволяют получать сплавы с любыми значениями ширины запрещенной зоны, периода решетки (межатомных расстояний), коэффициентов термического расширения и ряда других параметров в пределах между их значениями для исходных компонентов. Периоды решетки в первом приближении изменяются аддитивно (правило Вегарда), другие параметры - по более сложным законам.

Твердые растворы с неограниченной растворимостью (металлические и полупроводниковые) широко применяются:

1. Au-Cu, Ag-Cu – в контактах приборов;

2. Cu-Ni – в электровакуумных приборах;

3. Fe-Cr – в нержавеющих сплавах;

4. Mb-W, Mb-Ti, V-Ti – тугоплавкие материалы.

5. Полупроводниковые твердые растворы - полупроводниковые термоэлементы, микроэлектроника, оптоэлектроника.

Учитывая возможности, создаваемые твердыми растворами с неограниченной растворимостью, установление зависимостей их свойств от состава является важной материаловедческой задачей.

Дата добавления: 2014-01-11