stringtranslate.com

Оксинитрид кремния

Оксинитрид кремния — керамический материал с химической формулой SiO x N y . В то время как в аморфных формах его состав может непрерывно меняться между SiO 2 ( кремнезем ) и Si 3 N 4 ( нитрид кремния ), единственной известной промежуточной кристаллической фазой является Si 2 N 2 O. [2] Он встречается в природе как редкий минерал синоит в некоторых метеоритах и ​​может быть синтезирован в лаборатории. [3]

Характеристики

Кристаллическая структура Si 2 N 2 O. Атомы: красный – O, синий – N, серый – Si. [1]

Кристаллическая структура оксинитрида кремния образована тетраэдрами SiN3O, соединенными через атомы кислорода вдоль оси c и через атомы азота перпендикулярно ей. Сильная ковалентная связь этой структуры обеспечивает высокую прочность на изгиб и устойчивость к нагреванию и окислению вплоть до температур около 1600 °C. [4]

Синтез

Поликристаллическая керамика на основе оксинитрида кремния в основном производится путем азотирования смеси Si и диоксида кремния при температуре выше точки плавления кремния (1414 °C), в диапазоне 1420–1500 °C: [4] [5]

3 Si + SiO 2 + 2 N 2 → 2 Si 2 N 2 O

Материалы оксинитрида кремния с различной стехиометрией могут также возникать как продукты пиролиза прекерамических полимеров, а именно полисиланов и полиэтоксисилсесквиазана. Материалы SiON, полученные таким образом, называются полимерной керамикой или PDC. Используя прекерамические полимеры , можно получить плотную или пористую керамику оксинитрида кремния в сложных формах с использованием методов формования, более типичных для полимеров. [6]

Приложения

Тонкие пленки оксинитрида кремния можно выращивать на кремнии с использованием различных методов плазменного осаждения и использовать в микроэлектронике в качестве диэлектрического слоя, альтернативного диоксиду кремния и нитриду кремния , с преимуществами низких токов утечки и высокой термической стабильности. [7] Эти пленки имеют аморфную структуру, и поэтому их химический состав может значительно отличаться от Si 2 N 2 O. Изменяя соотношение азота и кислорода в этих пленках, их показатель преломления можно непрерывно настраивать между значением ~1,45 для диоксида кремния и ~2,0 для нитрида кремния. Это свойство полезно для оптических компонентов с градиентным показателем преломления, таких как волокна с градиентным показателем преломления . [8]

Оксинитриды кремния могут быть легированы атомами металлов. Наиболее распространенным примером является сиалон , семейство четвертичных соединений SiAlON. Четвертичные оксинитриды кремния, содержащие элемент лантаноида , такой как La, Eu или/и Ce, используются в качестве фосфоров . [9]

Ссылки

  1. ^ ab Ohashi, Masayoshi; et al. (1993). "Твердая растворимость алюминия в O'-SiAlON". J. Am. Ceram. Soc . 76 (8): 2112–2114. doi :10.1111/j.1151-2916.1993.tb08343.x.
  2. ^ Хиллерт М., Йонссон С., Сундман Б. (1992). «Термодинамический расчет системы Si-NO». Z. Metallkd . 83 : 648–654.
  3. ^ Райалл, В. Р.; Муан, А. (1969). «Стабильность оксинитрида кремния». Science . 165 (3900): 1363–4. Bibcode :1969Sci...165.1363R. doi :10.1126/science.165.3900.1363. PMID  17817887. S2CID  22339579.
  4. ^ ab Ralf Riedel (18 апреля 2008 г.). Керамическая наука и технология: структуры. Wiley-VCH. стр. 97–. ISBN 978-3-527-31155-2. Получено 8 октября 2011 г.
  5. ^ AE Rubin (1997). "Sinoite (Si2N2O): Crystallization from EL chondrite impact melts" (PDF) . American Mineralogist . 82 (9–10): 1001. Bibcode :1997AmMin..82.1001R. doi :10.2138/am-1997-9-1016. S2CID  128629202.
  6. ^ SiON PDC
  7. ^ ES Machlin (9 декабря 2005 г.). Материаловедение в микроэлектронике: влияние структуры на свойства тонких пленок. Elsevier. стр. 36–. ISBN 978-0-08-044639-4. Получено 8 октября 2011 г.
  8. ^ Альберт Р. Ландгребе; Электрохимическое общество. Отделение диэлектрической науки и технологий; Электрохимическое общество. Отделение высокотемпературных материалов (2001). Тонкие изолирующие пленки нитрида кремния и диоксида кремния: труды шестого международного симпозиума. Электрохимическое общество. стр. 191–. ISBN 978-1-56677-313-3. Получено 8 октября 2011 г.
  9. ^ Xie, Rong-Jun; Hirosaki, Naoto (2007). "Оксинитридные и нитридные люминофоры на основе кремния для белых светодиодов — обзор" (бесплатная загрузка) . Science and Technology of Advanced Materials . 8 (7–8): 588. Bibcode : 2007STAdM...8..588X. doi : 10.1016/j.stam.2007.08.005 .