Избыточных носителей

возможно только при достижении температуры, несколько ниже соответствующей линии ас, или се продолжении, а 3-фазы — при температурах соответствующей линии be или ее продолжения, поскольку только в этом случае исходная жидкая фаза оказывается пересыщенной по отношению к а- или р-фазам В заштрихованной области Ь'са , образованной продолжением линии ликвидус ас и be, жидкая фаза окажется пересыщенной как относительно а, так и (5-фал. Поэтому в этой области возможна одновременная кристаллизация ос- и р-твердых растворов, образующих эвтектику (квазиэвтектику). Рассмотрим это па примере сплава 2 (рис. 61, а). Если температура переохлажденной жидкой фазы будет находиться между эвтектической линией и tt (например, ts), то из жидкой фазы сначала выделятся кристаллы а-фазы, а затем закристаллизуется эвтектика. Чем больше степень переохлаждения жидкой фазы в интервале температур t:i—t%l, тем меньше образуется избыточных кристаллов а и больше эвтектики (квазиэвтек-тикн). При переохлаждении жидкой фазы до температуры ниже tt она окажется пересыщенной компонентами А и В, из нее одновременно начнут кристаллизоваться а- и Р-твердые растворы, составляющие эвтектику. Эвтектика (квазиэвтектпка) будет обогащена компонентом Л относительно равновесного состава. Чем больше степень переохлаждения, тем мельче будут кристаллы
содержит много избыточных кристаллов а и небольшое количество эвтектики (рис. 62). Чтобы предупредить ликвацию по плотности, сплав быстро охлаждают (например, при получении свинцовистой бронзы), энергично перемешивают, а иногда добавляют третий компонент, кристаллизующийся первым в виде разветвленных дендритов, препятствующих расслоению сплава. Последний способ используют при получении вкладышей из баббитов.

В результате обработки на поверхности детали возникает карбо-нитрпдный слон I'e.^N, С) (7—15 мкм), обладающий высоким сопротивлением износу п не склонный к хрупкому разрушению. Ниже карбонптрндпого слоя располагается слой, состоящий из твердого раствора азота в а-железе и избыточных кристаллов /-фазы. Общая толщина слоя 150—500 мкм. Твердость слоя на легированных сталях HV 600—1100 (6000—1100 МПа). Жидкое азотирование значительно повышает предел выносливости сталей. Достоинством процесса является незначительное изменение размеров и отсутствие коробления деталей, недостатком -- токсичность и высокая стоимость цианистых солей. Этот процесс за рубежом широко применяется длч обработки деталей автомобиля (коленчатых валов, шестерен и т. д.), штампов, пресс-форм и др.

Для измельчения структуры и устранения избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05—0,08 % Na) путем присадки к расплаву смеси солей 67 % NaF и 33 % NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния (рис. 164, а), и заэвтектический (эвтектический) сплав АЛ2 (11 —13 % Si) становится доэвтектическим. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы а-рас-твора (рис. 165, б). Эвтектика при этом приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов р1 (Si) и а-твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия (Na2Si), которая затрудняет их рост. Такие изменения структуры улучшают механические свойства сплава (рис. 164, б). Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке. Доэвтектические сплавы АЛ4 и АЛ9 (табл. 23), дополнительно легированные магнием, могут упрочняться кроме модифицирования термической обработкой; упрочняющей фазой служит Mg2Si.

Применяемые в технике литые карбиды вольфрама представляют собой: сплавы вольфрама с углеродом, состоящие из эвтектической смеси карбидов WC и WsC с наличием в ряде случаев избыточных кристаллов W2C или WC и включений углерода.

При наплавке сталинита на поверхность железа, стали, чугуна образуется слой, внешняя (рабочая) зона кото'рого состоит из твердых растворов карбидов хрома и марганца в железе со включениями избыточных кристаллов этих карбидов. Такие слои имеют Н^ к> 75.

Применяемые в технике литые карбиды вольфрама представляют собой: сплавы вольфрама с углеродом, состоящие из эвтектической смеси карбидов WC и WsC с наличием в ряде случаев избыточных кристаллов W2C или WC и включений углерода.

При наплавке сталинита на поверхность железа, стали, чугуна образуется слой, внешняя (рабочая) зона кото'рого состоит из твердых растворов карбидов хрома и марганца в железе со включениями избыточных кристаллов этих карбидов. Такие слои имеют Н^ к> 75.

Ликвация по плотности. При кристаллизации сплавов по диаграмме состояния, типа приведенной на рис. 40, нередко можно наблюдать явление, называемое ликвацией по плотности. Например, в сплавах Pb—Sb выделяющиеся в процессе кристаллизации кристаллы а (твердого раствора Sb в РЬ) или р4 (твердого раствора РЬ в Sb) различаются по плотности от остающейся жидкой части сплава и вследствие этого либо всплывают кристаллы р4 и соответственно оседают на дно кристаллы а, либо наоборот. Поэтому в медленно охлажденном доэвтектическом сплаве указанной системы в результате ликвации верхняя часть слитка обогащается сурьмой и состоит только из эвтектики, а нижняя содержит много избыточных кристаллов а и небольшое количество эвтектики (рис. 41).

Азотирование в жидких средах (тенифер-процесс) Ч Процесс проводят при температуре 570 °С в течение 0,5—3,0 ч в расплавленных цианистых солях (85 % соли, содержащие 40 % KCNO и 60 % NaCN -Ь 15 % NO3GO3 или 55 % карбамида (NH2)aCO и 45 % Na2CO3, через которые пропускают сухой воздух). Соли расплавляются в тигле из титана. Вследствие низкой температуры в сталь диффундирует в основном азот, образующийся при разложении цианистых солей. В результате обработки на поверхности стали возникает тонкий (7—15 мкм) карбонитридный слой (Fe, М)2_з (N, С), обладающий высоким сопротивлением износу и не склонный к хрупкому разрушению. Ниже карбонитридного слоя располагается слой, состоящий из твердого раствора азота в а-железе и избыточных кристаллов у '-фазы. Общая толщина слоя 0,15—0,5 мм. Как и после газового азотирования, твердость слоя на углеродистых сталях 300—-350 HV, а на легированных — 600— 1100 HV. Жидкое азотирование значительно повышает предел выносливости сталей. Достоинством процесса является незначительное изменение размеров и отсутствие коробления деталей, недостатком — токсичность и высокая стоимость цианистых солей. Этот процесс за рубежом широко применяют для обработки деталей автомобиля (коленчатых валов, шестерен и т. д.), штампов, пресс-форм и т. д.

Для измельчения структуры эвтектики и устранения избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05—0,08 %) путем присадки к расплаву смеси солей 67 % NaF и 33 % NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния (см. рис. 186, а) и заэвтектический (эвтектический) сплав АЛ2 (11—13 % Si) становится доэвтектическим. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы а-раствора (рис. 187, б). Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов ji-(Si) и а-твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы

ИНЖЁКЦИЯ носителей заряда -проникновение неравновесных (избыточных) носителей заряда в полупроводникпод действием электрич. поля. Источником избыточных носителей обычно служит контактирующий с ПП металл или др. ПП (см. р-п-Переход, Контакт металл - полупроводник}. И. лежит в основе работы многих ПП приборов.

форматоров, катушек индуктивности и т. п.; рекомбинацию избыточных носителей зарядов можно использовать в ламповых и лазерных приборах.

При неизменной интенсивности внешнего агента концентрация избыточных носителей растет вначале быстро, а затем вследствие увеличивающейся скорости рекомбинации рост замедляется и в конце устанавливается стационарное состояние, при котором скорость генерации носителей равна скорости их рекомбинации. Обозначим постоянную концентрацию электронов в стационарном состоянии через п, а дырок — через р. Концентрация избыточных или неравновесных носителей тогда равна

На какие бы высокие уровни в зоне проводимости ни возбуждались электроны под действием света, ионизирующих частиц и т. д., они очень быстро (за »10~и —10~12 с) опускаются к дну зоны проводимости и распределяются по энергиям так же, как и равновесные носители; неравновесные дырки соответственно поднимаются к потолку валентной зоны. Поэтому свойства избыточных носителей практически ничем не отличаются от свойств равновесных носителей. В частности, если появление избыточных носителей не изменяет невырожденного характера га-. за свободных носителей, то для

Из уравнения (6.39) видно, что при t — т An = Д/г0/е и Др= = Др0/е. Таким образом, среднее время жизни избыточных носителей равно времени т, в течение которого их концентрация вследствие рекомбинации уменьшается в е раз.

Из (6.46) видно, что в этих условиях скорость рекомбинации избыточных носителей заряда пропорциональна их концентрации. Такую рекомбинацию называют линейной. Время жизни неравновесных носителей при линейной рекомбинации

— скорость рекомбинации избыточных носителей оказывается пропорциональной квадрату их концентрации. Поэтому такую рекомбинацию называют квадратичной. Время жизни неравновесных носителей при квадратичной рекомбинации

Выделение энергии при межзонной рекомбинации может происходить или в форме кванта света hv, или в виде тепла (фононов). В первом случае рекомбинацию называют излучательной, во втором случае — безызлучательной. Как показывает расчет и эксперимент, межзонная излучательная рекомбинация может иметь существенное значение для полупроводников с узкой запрещенной зоной яри относительно высоких температурах (комнатной и выше). Для полупроводников же с широкой запрещенной зоной основным механизмом, ответственным за рекомбинацию, является безызлуча-тельная рекомбинация через примесные уровни. Однако при некоторых условиях и в таких полупроводниках можно достичь относительно высокого уровня излучательной рекомбинации. Как видно из (6.47) и (6.50), этому способствует, в частности, повышение концентрации избыточных носителей в полупроводнике и увели-•чение степени его легирования.

— концентрация ловушек мала по сравнению с концентрацией избыточных носителей An и Ар, поэтому независимо от того, на-

Область I соответствует сильно легированному полупроводнику «-типа. Для такого полупроводника «0> >р0, п„, поэтому г =тр0. Время жизни избыточных носителей в области / не зависит

Из (8.68) видно, что коэффициент пропорциональности s равен отношению числа избыточных носителей, ежесекундно рекомбинирующих на единице поверхности полупроводника, к концентрации их в поверхностном слое. Он имеет размерность скорости и называется скоростью поверхностной рекомбинации неравновесных носителей.