вые комплексы, напоминающие атомы водорода и обладающие исключительно интересными свойствами. Эти свойства сейчас интенсивно изучаются с целью практического использования.

1.2. Фазовые диаграммы и твердые растворы

Геометрическое изображение равновесных состояний тер­модинамической системы при различных значениях парамет­ров (температуры Т, давления Р, концентрации компонентов x_i, мольного объема V и др.) называется диаграммой состояния. Диаграмма состояния дает информацию о фазовом составе сис­темы в зависимости от параметров.

Равновесные состояния физически однородной системы и совершаемые ею равновесные процессы можно изображать гра­фически соответственно точками и кривыми на плоскости с пря­моугольными декартовыми координатами, вдоль осей которых откладываются параметры состояния системы, или однозначно связанные с ними функции состояния. Наиболее распространен­ные диаграммы x_i — Т, где i — конкретный компонент (для двой­ных диаграмм А и В, для тройных А, В, С и т. д.), V - Р_r , S - Т, S - Н (первый символ - ось абсцисс, второй - ось ординат).

Фазовые диаграммы состояний являются неотъемлемой частью любого анализа свойств материалов в тех случаях, когда речь идет о взаимодействии различных материалов. Особенно фазовые диаграммы состояний важны в интегральной элект­ронике, т.к. для изготовления функциональных слоев на крис­таллах микросхем, монтаже кристаллов в корпуса, присоединен нии выводов приходится использовать большой набор различ­ных материалов. Учитывая тот факт, что в производстве изде­лий интегральной электроники в тесном контакте с различ­ными металлами находится кремний, особое внимание необхо­димо уделять фазовым диаграммам, в которых в качестве одно­го из компонентов фигурирует именно кремний.

Однако прежде чем приступить к рассмотрению фазовых диаг­рамм состояния, рассмотрим отдельные положения термодинамики.

1.2.1. Функции состояний

Функцией состояния называется такая физическая харак­теристика системы, изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое не зависит от вида термодинами -

ческого процесса, соответствующего этому переходу, а полнос­тью определяется значениями параметров начального и конеч­ного состояний.

Приведем важнейшие функции состояний:

1) Внутренняя энергия Е. Внутренней энергией Е называ­ется энергия системы, зависящая только от ее термодинамичес-

здесь W - полная энергия

кого состояния

системы; W_k - кинетическая энергия макроскопического дви­жения системы; W_n - потенциальная энергия, связанная с дей­ствием на систему внешних силовых полей.

Первый закон термодинамики выражается соотношением:

здесь Q — количество теплоты, сообщенное системе,

расходуемое на изменение ее внутренней энергии и на со­вершение системой работы А против внешних сил.

Второй закон термодинамики формулируется следующим образом: а) невозможен процесс, единственным результатом которого является совершение работы А, эквивалентной количе­ству теплоты Q, полученной от нагревателя; или б) невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты Q от холодного тела к горячему.

2. Энтропия S. Энтропией называется функция S состоя­ния системы, дифференциал которой в элементарном обрати­мом процессе равен отношению бесконечно малого количества теплоты, сообщенного системе, к абсолютной температуре сис­темы: dS = Q/T. Для изолированной системы, находящейся в равновесии, энтропия S должна быть минимальной S_min = Q/T. Для неизолированной системы при постоянной температуре (изотермический процесс) ΔS > Q/T.

3. Напомним, что свободная энергия Гелъмгольца (F): F = Е - TS; F - свободная энергия Гельмгольца, или изохорно-изотермический потенциал.

4. Свободная энергия Гиббса (G): G = F + PV = Е - TS; G - свободная энергия Гиббса, или изобарно-изотермический потенциал.

5. Энтальпия Н (теплосодержание, тепловая функция) — это функция состояния термодинамической системы, равная сум­ме ее внутренней энергии и произведения давления на объем системы: Н = Е + PV.

19