Процесс приготовления нитрида кремния.

Способ получения нитрида кремния оказывает существенное влияние на кристаллическую фазу, чистоту и компактность материала. В зависимости от требований применения, различные методы получения могут получить материалы из нитрида кремния с различными свойствами.

А. Метод прямого азотирования
Обзор методологии

Прямое азотирование - это процесс, в котором пар кремния и азот вступают в реакцию при высоких температурах с образованием нитрида кремния, обычно при температурах от 1400 °C до 1500 °C, для получения материалов в смешанной фазе α-Si₃N₄ и β-Si₃N₄.

Управление технологическим процессом и применимые сценарии

Метод прямого азотирования подходит для крупносерийного производства, но он требует строгого контроля таких параметров, как температура, чистота азота и расход для обеспечения однородности и компактности продукта. Этот метод подходит для получения объемных материалов из нитрида кремния, которые широко используются в производстве промышленной конструкционной керамики.

B. Осаждение из газовой фазы (CVD)
принцип

Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) - это процесс, в котором силан (SiH₄) и аммиак (NH₃) вступают в реакцию при высоких температурах с образованием тонких пленок нитрида кремния. Контролируя пропорцию и скорость потока реакционного газа, можно получить пленки нитрида кремния с равномерной толщиной и высокой чистотой.

Преимущества и недостатки:

Тонкие пленки нитрида кремния, полученные методом CVD, обладают высокой чистотой и высокой компактностью, но оборудование этого метода сложное и дорогое, и он подходит для получения тонких пленок в полупроводниках и микроэлектронных устройствах.

C. Азотирование под высоким давлением
Принцип работы и требования к оборудованию

Метод азотирования под высоким давлением улучшает плотность и прочность нитрида кремния за счет проведения реакции азотирования при высокой температуре и высоком давлении. Среда с высоким давлением способствует реакции кремния и азота, сокращая время реакции.

Этот метод подходит для получения конструкционной керамики высокой плотности и часто используется при подготовке материалов из нитрида кремния с высокими требованиями к прочности, таких как высокопроизводительные подшипники и режущие инструменты, но требования к оборудованию высокие, стоимость подготовки высокая, и он подходит для производства продукции с высокой добавленной стоимостью.

D. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС)
Обзор методологии

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) использует самораспространяющиеся характеристики химических реакций для получения высоких температур путем воспламенения, чтобы стимулировать реакцию спонтанного азотирования с получением порошка нитрида кремния.

Характеристики процесса

Метод СВС отличается высокой скоростью реакции и низким энергопотреблением, но стабильность и равномерность реакции трудно контролировать. Этот метод подходит для крупномасштабного производства порошковых материалов и в основном используется для таких применений, как заполнение материалов и распыление порошков.