Курсовая работа: Устройства функциональной электроники

Таким образом,

Все выкладки относятся к гомогенному образованию зародышей, которое редко реализуется на практике.

Модель гетерогенного образования зародышей отличается от гомогенной тем, что вводится геометрический фактор, определяемый межфазовыми взаимодействиями в системе подложка — зародыш— пар или подложка — зародыш — жидкость. Если свойства зародыша изотропны, то образуется куполообразный зародыш, если анизотропны —другие конфигурации зародышей (рис. 3.2).

Геометрический фактор вводится в уравнение (3.5) в виде функций поверхности соприкосновения зародыша с соответствующими фазами и объема зародыша f_s (ц) и f_v (ц), зависящих от контактного угла ц (для жидкостей — угла смачивания):

Эти функции описывают геометрическую конфигурацию зародыша. Значение ц определяется при равновесии поверхностных энергий:

Где у_пл-пар , у_к-пр , у_к-пар —удельные межфазовые поверхностные энергии поверхностей раздела пластина — пар, конденсат — пластина и конденсат —пар.

Для куполообразного зародыша

гдеf_s ^пл (ц)—функция поверхности соприкосновения зародыша с пластиной; f_s ^пар (ц) —функция поверхности соприкосновения зародыша с паровой фазой.

Свободную энергию образования критического зародыша найдем из условия максимума уравнения (3.15):

Где

функция контактного угла f(ц) для куполообразного зародыша (рис. 3.3) характеризует взаимодействие конденсата с пластиной. При ц→0 f(ц)→0, ДG_кр →0 и образование зародышей облегчается. При ц→180⁰ f(ц)→1, ДG_кр растет до максимума и образование зародышей затрудняется (случай гомогенного зарождения новой фазы). Следовательно, уравнение (3.2) является предельным случаем образования зародышей, когда оно протекает с максимальной трудностью. Таким образом, свободная энергия гетерогенного меньше свободной энергии гомогенного образования зародышей. Кроме того, механизм гомогенного и гетерогенного образования зародышей (рис. 3.4) различен. При гомогенном образовании рост происходит только за счет реакции поверхности зародыша с паровой фазой (механизм х₃ ), при гетерогенном — за счет поверхностной диффузии (механизм х₂ ), т. е. х₂ >>х₃ . При очень низких температурах пластины х₃ >х₂ .

Скорость гомогенного образования зародышей в случае прямого осаждения из пара

где n_адс — концентрация молекул, адсорбированных на поверхности; ДG_к.п — свободная энергия конденсации из пара.

Скорость образования зародышей при преобладании поверхностной диффузии

где а — длина скачка диффундирующей молекулы к поверхности зародыша; j — величина, обратная числу возможных направлений скачков; v —частота поверхностных колебаний; ДG_п.д — свободная энергия активации поверхностной диффузии; частота скачков диффундирующей молекулы.