Концентрации элементов

На расстоянии А, достаточно удаленном от поверхности для довольно толстой пленки, концентрация ионов в междоузлиях должна быть равна концентрации электронов

Оказывается, что в этом случае у не зависит от концентрации электронов пе, так как с ростом пе уменьшается время пробега т«-; при одной и той же температуре у тем больше, чем меньше z — заряд ионов; X растет пропорционально Т2/3, т. е. весьма быстро. Например, при Ге=15- 106 К водородная плазма имеет такую же электроводность, как обыкновенная медь при комнатной температуре:

Избыток электронов и дырок, временно образовавшийся в полупроводнике под действием излучения, увеличивает электропроводность материала ст. В равновесном состоянии в полупроводниках скорости ионизации и рекомбинации электронов равны. Равновесные концентрации электронов ии дырок/), определяемые только температурой материала, связаны соотношением пр = п\, которое означает, что концентрации основных и неосновных носителей независимы друг от друга, так как для данного материала при данной температуре величина щ постоянна. Электропроводность в этом случае определяется выражением

легирования не слишком велика, так что расстояние от уровня Ферми до дна зоны проводимости все еще существенно больше kT, то газ электронов зоны проводимости будет оставаться невырожденным. Газ дырок валентной зоны будет невырожденным, если расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны также больше kТ. В германии это условие хорошо выполняется . при концентрации электронов (дырок), меньшей 1018 см~3, для кремния — при концентрациях, меньших 1017 см~3, и т. д.

Подставляя в (6.7) энергию Ферми (6.13), получаем следующее выражение для равновесной концентрации электронов в зоне проводимости в области низких температур:. . .

Область изменения уровня Ферми, описываемая формулой (6.13), называется областью слабой ионизации примеси. На рис. 6.4, б она показана цифрй /. Соответствующая этой области зависимость концентрации электронов в зоне проводимости от температуры (6.15), построенная в полулогарифмических координатах) показана на рис. 6.4, в также цифрой 1.

Сильно легированные полупроводники. На рис. 6.7, а показано изменение с температурой концентрации электронов в зоне проводимости при различных концентрациях донорной примеси •#д. Увеличение Nn вызывает смещение этой кривой вверх, рост температур истощения примеси Т3 и перехода к собственной проводимости TI в соответствии с формулами (6.18) и (6.19), а также

Рис. 6.7. Изменение концентрации электронов в зоне проводимости с температурой для полупроводников, содержащих различное количество донорной примеси (а); уровень примеси в запрещенной зоне (б); образование примесной зоны из примесного уровня при высокой концентрации примеси (в); перекрытие примесной зоны и зоны, проводимости в вырожденных полупроводниках (г)' • .

где п„, р0 — равновесные концентрации электронов в зоне про" БОДИМОСТИ и дырок в валентной зоне; пл, рл — равновесные кон-, центр ации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной: зоне, когда уровень Ферми совпадает с уровнем ловушек ?л; THO -~ время жизни электронов в зоне проводимости относительно захвата их ловушками, когда все ловушки свободны; тро — время жизни дырок в валентной зоне относительно захвата их ловушками, когда .все ловушки заняты электронами (свободны для дырок). Проведем анализ этой формулы, считая для простоты, чтот„0. того же порядка,, что и тр0. На рис. 6.10, б показана зависимость. времени жизни неравновесных носителей от концентрации основных носителей. За начало отсчета принята концентрация носителей в собственном полупроводнике. Вправо от этой точки отложено отношение n0/nt, влево p0/n,. На рис. 6.10, а схематически показано

где nt, Pt — концентрации электронов и дырок в собственном полупроводнике; ип, ир — их подвижности. Подставляя в (7.30) HI и pi из (6.12) и ип и ир из (7.16), получаем

Такая же картина наблюдается и в р-области: положительный заряд притянутых дырок экранирует отрицательный заряд инжектиро-1 ванных электронов. Поэтому избыточные дырки и электроны, инжектированные соответственно в п- и в р-области, не создают в них нескомпенсированных объемных зарядов, которые своим полем могли бы препятствовать движению неосновных носителей в объем полупроводника. Перемещение этих носителей в глубь полупроводника осуществляется исключительно путем диффузии, скорость которой пропорциональна градиенту концентрации дырок dpjdx в п-облас-ти и градиенту концентрации электронов dnp/dx в р-области.

Перераспределение примесей и легирующих элементов в сплавах происходит в период их пребывания в температурных областях, когда существует заметная диффузионная подвижность этих элементов. При этом возможны два противоположных процесса: выравнивание концентрации элементов по объему — гомогенизация, или их накопление на отдельных структурных составляющих, границах зерен и скоплениях дефектов кристаллической решетки — сегрегация.

Ионно-лучевая обработка оказывает заметное влияние на химические и адгезионные свойства поверхности материалов [79]. Имплантация определенного сорта ионов способствует повышению коррозионной прочности, а также устойчивости ионно-легированных металлов и сплавов к высокотемпературному окислению. Образование химических соединений в сталях и сплавах за счет внедрения имплантированной примеси или повышения предела концентрации элементов изменяет скорость химических реакций и кинетику роста окисных пленок и, кроме того, повышает их сцепление с основой. Наличие пленок мягких оксидов снижает интенсивность образования адгезионных узлов схватывания и коэффициент трения и способствует улучшению трибологических характеристик материалов.

К металлическим относятся также электронные соединения (промежуточные фазы) или фазы Юм-Розери; эти фазы образуются при определенной электронной концентрации элементов и характеризуются постоянным отношением числа валентных электронов к числу атомов соединения: 3/2, 7/4, 21/13. Примером этих соединений могут служить фазы, встречающиеся в структуре бронз и латуней, т. е. CuZn, Cu3Al (3/2); Cu3Sn, CuZn3, Cu3Si (7/4); Cu81Sn8, , Cu5Zn8, Cu9Al4 (21/13). Отношение 3/2 отвечает решетке центрированного куба (3-фаза); отношение 7/4 -.:— гексагональный ре- ская Решетка химиче.: шетке (е-фаза); отношение 21/i3 — сложной решетке (у-фаза).

ВИСИТ ОТ КОНЦеНТраЦИИ ЭЛемеНТОВ температурная; // — область средних темпе-

Введение в структуру сплавов дисперсных частиц фаз внедрения для получения дисперсного упрочнения вызывает повышение предела текучести как за счет сопротивления движению дислокаций со стороны частиц (оач), так и тех микромеханизмов, эффективность которых зависит от концентрации элементов внедрения в твердом растворе (стлэ, (С, N, О), (Тпэ, сгса). Это обусловлено тем, что в дисперсноупрочненных сплавах при рабочих температурах (0,5—0,7Гпл) концентрация элементов внедрения в твердом растворе, находящемся в равновесии со второй фазой, может существенно превосходить их концентрацию в исходном материале. Таким образом, в выражение предела текучести дисперсноупрочненного сплава могут входить следующие слагаемые:

Скольжение по плоскости -{1011/ начинается тогда, когда затрудняется скольжение по плоскости{юТо}'. В сплавах на основе титана с увеличением концентрации элементов внедрения, располагающихся преимущественно в октаэдрических порах, критическое напряжение сдвига по плоскости {1010} растет значительно быстрее, чем по плоскости{1 Oil} . Поэтому при повышенном содержании кислорода, азота или углерода скольжение по плоскости 1011}-может оказаться превалирующим.

Рис. 244. Схема учета степени стеснения условий упругоплаотического деформирования в зоне концентрации элементов конструкций с помощью модифицированного соотношения Нейбера: 1 и 2 — кривые условного упругого и упругопластического деформирования материала; 3 - 5 - кривые описывающие возможные процессы упругопластического деформирования в зависимости от степени стеснения (соответственно п = = 1,0;.л < 1; и>1)

Анализ чувствительности материалов к концентрации напряжений при статическом нагружении, осуществлявшийся ранее непосредственно по экспериментальным данным на образцах с надрезами, благодаря исследованию перераспределения напряжений и деформаций в процессе нагружения проводят расчетными методами на основе силовых и деформационных критериев разрушения. При этом были значительно расширены расчетно-экспери-ментальные исследования напряжений и деформаций в упругих и неупругих состояниях зон концентрации элементов конструкций — сосудов давления, трубопроводов, дисков, резьбовых соединений.

В качестве выходных параметров работы ДВС, кроме мощности, частоты вращения коленчатого вала,, концентрации элементов износа в масле, необходимо учитывать и степень разбавления масла другими примесями, например топливом и водой. Важность определения этих параметров работы машин очевидна. По содержанию топлива в масле устанавливается техническое состояние как топливной системы, так и цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя. Наличие в смазочном масле воды также может служить источником информации о неисправности системы охлаждения и ЦПГ.

Решение дифференциального уравнения (1) позволяет построить зависимость изменения концентрации элементов износа от времени работы за весь период эксплуатации с учетом всех показателей.

По решению дифференциального уравнения (2) можно проводить диагностирование технического состояния ДВС по параметрам концентрации элементов износа и скорости их поступления в масло. Измерительные средства, используемые для определения концентрации элементов износа, должны обладать высокой чувствительностью и воспроизводимостью результатов измерения. В этом случае на процесс диагностирования существенно влияет время определения интенсивности поступления топлива и воды в масло. Важность учета этих параметров состояния масла и ДВС очевидна.