Thermodynamics and phase diagram calculations in II-VI and IV-VI ternary systems using an associated solution model

Abstract
The thermodynamic properties and the T-x phase diagrams for liquid-solid equilibrium in II-VI and IV-VI ternary systems are described by a regular associated liquid solution model derived from that used by Jordan for ZnTe and CdTe and by the regular approximation for the solid solution. For the pseudo-binary systems exhibiting miscibility in both phases and monotonic variation of the liquidus and solidus curves, a general expression is obtained. It is independent of the interactions in the liquid, and is the same as for ideal non associated liquids. In the calculation of the ternary T-x phase diagrams five parameters are needed : the two interaction parameters α 1, α2, the two coefficients of dissociation, β 1, β2, obtained from the respective binary liquidus, and the interaction parameter W in the solid, derived from the pseudo-binary phase diagrams. Good agreement with experimental data is obtained for the pseudo-binary systems : ZnTe-CdTe, ZnTe-HgTe, ZnSe-ZnTe, CdTe-HgTe, CdTe-CdSe, HgTe-HgSe, PbSe-PbTe, PbTe-SnTe, and for the ternary systems : Zn-Cd-Te and Pb-Sn-Te. The theory is especially suited for the case β ≈ 0 and α is small. It is applied to the calculation of the chalcogen-rich part of the ternary systems : Cd-Hg-Te and Cd-Se-Te.

Résumé
On décrit les propriétés thermodynamiques et les diagrammes T-x de l'équilibre liquide-solide dans les systèmes ternaires II-VI et IV-VI par un modèle de solution régulière associée, dérivé de celui utilisé par Jordan pour le liquide et dans l'hypothèse d'une solution régulière pour le solide. Pour les systèmes pseudo-binaires montrant une miscibilité dans les deux phases et une variation monotone des courbes de liquidus et solidus, on obtient une expression générale, indépendante des interactions dans le liquide. Pour le calcul des diagrammes de phase ternaires, cinq paramètres sont nécessaires : les deux paramètres d'interaction α 1, α2 et les deux coefficients de dissociation β 1, β2, obtenus à partir des liquides binaires respectifs, et le paramètre d'interaction W dans le solide, déduit du diagramme pseudo-binaire. On obtient un bon agrément avec les résultats expérimentaux pour les systèmes ternaires : Zn-Cd-Te et Pb-Sn-Te, ainsi que pour les systèmes pseudo-binaires : ZnTe-CdTe, ZnTe-HgTe, ZnSe-ZnTe, CdTe-HgTe, CdTe-CdSe, HgTe-HgSe, PbSe-PbTe, PbTe-SnTe. La théorie est spécialement adaptée au cas où β ≈ 0 avec α petit. Elle est appliquée à la prévision de la région riche en chalcogènes des systèmes ternaires : Cd-Hg-Te et Cd-Se-Te.