Молекулярная акустика жидких полиметаллов и полупроводников Ким Сен Гук

Введение к работе

Актуальность проблемы. В физике и физической химии жидкого зостояния вещества остается еще тожество, нерешенных проблем.. Это . >бусловлено отсутствием для жидких тел идеальных, простых и в то се время глубоких и продуктивных моделей, каковнми являются моде-га идеального порядка - для кристалла и идеального беспорядка -цля газа невзаимодействующих частиц, бизика и физическая химия твердых тел и газов своим успехами обязаны именно возможностью соотнесения и сопоставления реальных твердых и газообразных тел с этими моделями.

В этих условия . прогрессирует всестороннее и массированное изучение жидкого состояния вещества, включающее:

разработку различных моделей и теорий жидкостей;

исследования различных классов жидкостей;

экспериментальные исследования различиях свойств с применением все новых разнообразных методов и методик;

расширение круга исследуемых объектов;

обобщения выявляемых закономерностей свойств и т. д.

В этом прогрессирующем познавательном процессе автор сосредоточил внимание на классе», жидких полуметаллов и полупроводников и предпринял попытку решения проблемы их строения с использова-. нием акустических методов. Актуальность данной проблемы предопределяется самоЧ проблемой жидкого состояния вещества.

Актуальность данной проблемы. подтверждена и тем, что работа выполнялась в рамках координнационного плана АН СССР по проблеме "Физико-химические основы полупроводникового материаловедения" (2.2І.І, секция "Термодинамика и строение полупроводников") и по проблеме "Физико-химические основы металлургических процессов" (2.26.I, секция "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов").

3 связи с потребностями электронной промышленности достаточно хорошо изучены электрофизические, теплофизичеекие, термодинамические и вязкостные свойства жидких полуметаллов и полупроводников. Однако изучений этих свойств не позволила решить проблему строения жидких полуметаллов и полупроводников. Однозначного ответа не дают и прям"? структурное исследования.

Мечду тем известно, что в изучении строения вещества вамг/п роль сыграли и продолжают играть акустические исследования.

Успехи таких исследований в деле изучения строения газов и моле-кул.чрньх: хидкостен заложили в свое время основу для зарождения на стлкэ молекулярной физики и акустики новой области науки -молекулярно'* акустики. Действительно, параметры распространения ультразвука - его скорость распространения и коэффициент поглощения, являясь структурно-чувствительными свойствами,' несут глу-бинную информацию о иежчастичнои взаимодействии и об изменении его с изменением внешнего воздействия.

Несмотря на успехи молекулярной акустики газов и молекулярных жидкостей, жидкие полуметаллы и полупроводники исследовались весьма слабо и крайня эпизодически. Ситуация эта бнла обусловлена трудностями в технике высокотемпературных акустических экспериментов с агрессивными расплавами полуметаллов и полупроводников. Поэтому экспериментально-методическому аспекту в работе уделено очень большое внимание.

В целом работа .посвящена: разработке модели строения жидких полуметачлов и полупроводников; ее акустическим прогнозам на основе раавизазмой теории распространения звука в жидких полуметан-лах и полупроводниках; систематическим, прецизионным и массированном экспериментальным исследованиям температурных зависимостей скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука в -кидких полуметаллах и полупроводниках по специально спланированной замкнуто!* системе экспериментов; обобщениям закономерностей акустические сво'ств жидких металлов, полуметаллов и полупроводников; построению границ областей расслаивания в двойных системах с полуметаллическими и полупроводниковыми компонентами.

Основная і ль работы - доказательство микронеоднородного строения кидких полуметаллов и полупроводников.

Пспомогатєльіічє задачи и объекты исследований;

- анализ явлений "послеплавления" и классификация жидкостей;

-. анализ взаимосвязи меццу параметрами распространения ультразвука и строением жидкости;

разработка двухструктурной матрично-клаотерной модели строения жидких полуметаллов и полупроводников (ДМКМ);

разработка теории сжимаемости (ТС) жидких полуметаллов и полупроводников на основе ДМКМ;

разоаботаа теории обобщенного акустического параметра (ТОАП) на )сиове ДЖМ и классической теории распространения звука;

анализ прогнозов ТС и ТОЛП;

разработка концепции замкнутой систем: одкородтг/. экспериментов;

разработка и создание экспериментальных комплексов для номере- . ний акустических свойств мидких пол/металлов и полупроводников;

- систематические исследования температурных зависимостей пку-стических свойств расплавов индивидуальных лецеств - простых полуметаллов, простих полупроводников и полупроводниковых химических соединений различных структурних групп;

систематические исследования температурных и концентрационных зависимостей акустических свойств в расплавах двойных систем, образующих полупроводниковые химические соединения в твердом состоянии;

систематические исследования те:,тісратурішх и концентрационных зависимостей акустических свойств расслаивающихся расплавов двойных систем с полуметаллическими и полупроводниковыми компонентами;

анализ общих закономерностей акустических свойств и обобщение экспериментальных результатов на основе периодического закона Д. И. Менделеева;

В исследованиях использовались вещества, применяемые в электронной промышленности с чистотой не ху:ке 0,01 % принесе?.

Научная новизна отдельных положений и результатов диссертационной работн.

1. Впервые систематически изучены акустические свойства большого
количества жидкостей полуметаллического и полупроводникового
характера проводимости (более 200 объектов).

2. Впервые экспериментально обнаружены некоторое виды аномалий
її:: на политермах акустических свойств жидких полуметаллов и

полупроводников.

1. Впервые построен ряд диаграмм состояния двояких систем в областях расслаивания расплавов.

2. Перечисленные экспериментальные достижения сталивозможными благодаря разработке и созданию прецизионных экспериментальных комплексов, вклмчив'иих три изобретения -ізтора. -

3. Развита теория распространения звука в жидких полуметаллах и полупроводниках.

4. Получены новче интерполяционные соотношения для расчета скорости распространения ультразвука в растворах.

7. Bivpp'io проведено широкое обобщение экспериментальна*

данных по акустическим свойствам яидккх металлов, полуметаллов и полупроводников нэ основе периодического закона Д. И. менделєєва.

Р. Реализацией замкнутой - системи из трех циклов экспериментально: акустически* исследовании и анализом обобщений акустические свойств жидких металлов, полуметгллов и полупроводников однозначно докапано чикронеоднородное строение жидких гол-металлов и полупроводников.

Достоверность якоперимептальных результатов обеспечивается: - получением висококачественного .акустического контакта между расплавом и звукопрородали (два изобретения);

надежностью и наглядностью акустического метода исследования расслаивания.расплавов (одно изобретение);

использованием абсолютных методик измерения акустических параметров;

совпадением результатов измерений с литературными данными для пталоннкх у.идких металлов при тарировочных испытаниях экспериментальных комплексов.

Правомерность научнчх положений диссертации обеспечивается:

обоснованностью и разумностью используемых моделей;

построением теоретических положение на основе классической теории распространения звука;

подтверждением теоретических прогнозов экспериментальными результатами;

п^гивлечени" \ фундаментального периодического закона при обобшенкях експериментальних результатов;

:='ег""(остью логических построений.

Практическое значение работа . Работа вносит фундаментальный вглад в физику и физическую химию мидкого состояния вещества, в вопросы строения жидкостей определенного класса. Результаты работа! полезны при решении практических задач, связанных с технологическими процессами производства металлов, полуметаллов-и полупроводников.

Разработанное скопориментальние комплексы могут бить полезны . для лабораторних исследований в металлургии, технологии чроиз-во; тва материалов электронной техники.

Изобретенное способы получения высококачественного акустического контакта могут быть использованы: в технологическом ультразвуковом неразрушаюцем контроле материалов и изделий в металлургии, в электронной и авиационной, промышленности, мшпиностроении; пли термических обработках изделий или слитков с наложением ультразвукового поля в различиях отраслях машиностроения и т, д.

Экспериментальные результаты могут бить полезны дал предприятия, связанных с производством металлов, полуметаллов, полупроводников и различных сплавов. Эти данные могут быть полезна для термодинамических, теплофизических и теплотехнических расчетов, необходимых в разных областях техники.

Изобретение г устического метода исследования расслаизани.і расплавов может быть использовано в научных центрах, изучающих диаграммы состояния расслаивавшихся систем.

Результаты исследовании и разработок могут бить включены в специальные курсы по: молекулярной физике, акустике, молекулярной акустике, физике жидкостей, физике металлов, физике и физическое химии полупроводников.

Автор защипает:

1. Двухструкгурную матрично-кластерную модель строения жидких полуметаллов и полупроводников (ДМКМ).

2. Теорию сжимаемости (ТС) ;;шдких полуметаллов и полупроводников . на основе (ДМКМ).

3. Теорию обобщенного акустического параметра (ТОАП) на основе ДМЯМ и классической теории распространения звука.

4. Разработку 4-х экспериментальных комплексов, включая три изобретения.

5. Разработку акустического метода исследования расслаивания расплавов.

6. Результати прецизионных измерений акустических свойств в широ
ких интервалах температур более 200 объектов, - проста полу
металлов, полупроводников; полупроводников!гх химических соединение;

дзо.'Ншх растворов, в тон число и рассланяяшихоя.

7. Экспериментально обнаружению аномалии политерм скорости
распростронеши' и коз'і- инионта поглощения ультразвука.

О, Критические параиетрії и диаграмма состо.ікия в области расслаивания расплавов 14-ти двойке систем.

9. Концопіут замкнутої": системы однородных оксперимеитов и экспериментальное доказательство на основе ее реализации микронеоднородного отроения"кидких полуметаллов и полупроводников.

10. Чнгерполпциошые соотношения для акустических свойств растворов.

II. Обобщения кспоримеигальшк даншдс акустических своіїств >.<идких металлов, полуметаллов и полупроводников на осново периодического закона Д. И. Менделеева и доказательство в рамках отих О/обцениЛ микронеоднородного строения расплавов полупроводниковое соединение;.

Публикации, вклад автора в разработку проблемы.

По материалам диссертации опубликовано 73 работы в виде описаний изобретений, научн.к статен, тезисов и текстов докладов на науч-іігіх конференция/ и совещаниях:.

В основу диссертации положены результати научных и научно-технических издскаииГг, выполненнж автором в период І980-1991 г,

Личное участие автора в работах, материал которые является . основой"диссертации, заключаюсь в: разработке методик; разработке конструкции, проектировании, соадании и испытаниях экспериментальных комплексов; единоличное или непосредственное участие в окспери-ментах. Теоретігческие к обобидицие положения диссертации сформулирован і лично автором. На разной этапах с IS86 года при создании и испытаниях двух из четырех экспериментальных комплексов, а также при В-ііюлнени измерений принимали участие Сулейменов Т., Нуров К. Б. и Макбетерзииа Г. К. - аспиранты автора.

Апробация работы. Основное результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научных семинарах кафедри фізичес-коЗ химии ШИТ (Москва ІЄ8І - 1991 г.), на научном семинаре лаборатории растворов МГУ (1935 г.), на научном семинаре лаборатории ультразвука НИИ ЛГУ (IS85 г.), на общеуниверситетском семинаре МГУ по физике и физичоской химии жидкого состояния вещества (1986), на 2-о" всесоюзной конференции "Термодинамика и полупроводниковое материаловедение" (Москва, 1033 г.), на 6-ом всесоюзном совещании по с зико-хи;,мческоыу анализу (Киев, 1983 г.), на 5-ом всесоюзном

совеїцании по термодинамике металлических сплавов (Москва, 1985 г.), на 3-ей всесоюзной конференция "Термодинамика и материаловедение полупроводников" (Москва, І9Є6 г.), на 3-ей всесоюзной конференции "Закономерности формирования структуры эвтектических сплавов" (Днепропетровск, 1926 г.), на 3-ел всесоюзной конференции по строению и свойотвал металлических и шлаковій: расплавов (Свердловск, 1986 г.), на международной конференции "Некристаллические полупро-водники" (Венгрия, Балатон, 1986, г.), на 8-ой всесоюзной конференции по теплофизическим свойствам веществ (Новосибирск, 1988 г.), на 7-ом всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (їрунао,

1988. г.), на 12-оЛ всесоюзної*! конференции по хишгчеоко"! термодинамике и калориметри", (Горький, IS88 г.), на 4-оИ всесоюзной конференции "Термодинамика и материаловедение полупроводников" (Москва,

1989. г.), на 5-ом всесоюзном совещании ".Диаграммы состояли і металлических систем" (Звенигород, 1989 г.), на республиканское конференции "Физико-химические основы получения и исследования полупроводниковых материалов в твердом и жидкой состоянии" (Куляб, 1989 г. ' на реепубликансоЯ конференции "Физико-химические основа производства металлических сплавов" (Алма-Ата, 1990 г.), на 4-ои Всесоюзном совещании по химии и технологии халькогенов и халькогенидов" (Караганда, 1990 г.), на всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и маковых расплавов" (Челябинск, IS90 г.), на 1-ой всесоюзной конференции "йедкоііазнне материалн" (Планово, 1990 г.), на 8-ом всесоюзном совещании.го физико-химическому анализу (Сара-, тов, 1991 г.).

Объем и структура диссертации. Диссиртацин изложена на 280 страницах машинописного текста, содержит 146 рисунков и 0 таблицы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения и списка литература, содержащего 192 наименования.