Jelaskan Produksi dari Silikon nitrida

Material ini disiapkan dengan memanaskan silikon bubuk antara 1300 °C dan 1400 °C dalam atmosfer nitrogen:

3Si + 2N2 -> Si3N4

Bobot sampel silikon meningkat secara progresif karena kombinasi kimia antara silikon dan nitrogen. Tanpa katalis besi, reaksinya selesai setelah beberapa jam (~7), bila tidak terdeteksi kenaikan berat lebih lanjut akibat penyerapan nitrogen (per gram silikon). Selain , beberapa fase nitrida silikon lainnya (dengan rumus kimia yang sesuai dengan berbagai tingkat nitratasi/keadaan oksidasi Si) telah dilaporkan dalam literatur. Misalnya, gas disilikon mononitrida (); silikon mononitrida (SiN), dan silikon seskuinitrida (), yang masing-masing merupakan fase stoikiometri. Seperti halnya refraktori lainnya, produk yang diperoleh melalui sintesis suhu tinggi ini bergantung pada kondisi reaksi (misalnya waktu, suhu, dan bahan awal termasuk reaktan dan bahan wadah), serta cara pemurnian. Namun, keberadaan seskuinitrida sejak itu mulai dipertanyakan.

Ini juga bisa disiapkan melalui jalur diimida:

SiCl4{} + 6NH3 -> Si(NH)2{} + 4NH4Cl_{(s)}\ \mathit{pada}\ \mathit{0^oC}

3Si(NH2) -> Si3N4{} + N2{} + 3H2_{(g)}\ \mathit{pada}\ \mathit{1000^oC}

Reduksi karbotermal silikon dioksida dalam atmosfer nitrogen pada 1400-1450 °C juga telah diteliti:

3SiO2 + 6C + 2N2 -> Si3N4 + 6CO

Nitridasi serbuk silikon dikembangkan pada tahun 1950an, mengikuti "penemuan kembali" silikon nitrida dan merupakan metode berskala besar pertama untuk produksi bubuk. Namun, penggunaan silikon mentah dengan kemurnian rendah menyebabkan silikon nitrida terkontaminasi dengan silikat dan besi. Dekomposisi diimida menghasilkan silikon nitrida amorf, yang memerlukan penguatan lebih lanjut di bawah nitrogen pada 1400-1500 °C untuk mengubahnya menjadi bubuk kristal; ini sekarang merupakan rute terpenting kedua untuk produksi komersial. Reduksi karbotermal adalah metode yang paling awal digunakan untuk produksi silikon nitrida dan sekarang dianggap sebagai rute industri yang paling hemat biaya untuk silikon nitrida dengan kemurnian tinggi.

Film silikon nitrida kelas elektronik dibentuk dengan menggunakan deposisi uap kimia (chemical vapor deposition, CVD), atau salah satu variannya, seperti Plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD):

{3SiH4_(g)} + 4NH3_(g) -> {Si3N4_(s)} + {12H2_(g)}\ \mathit{pada}\ \mathit{750-850^oC}

{3SiCl4_(g)} + {4NH3_(g)} -> {Si3N4_(s)} + {12HCl_(g)}

{3SiCl2H2_(g)} + {4NH3_(g)} -> {Si3N4_(s)} + {6HCl_(g)} + {6H2_(g)}

Untuk pengendapan lapisan silikon nitrida pada substrat semikonduktor (biasanya silikon), digunakan dua metode:

Teknologi deposisi uap kimia bertekanan rendah (Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD), yang bekerja pada suhu agak tinggi dan dilakukan baik dalam tungku tabung vertikal atau horizontal, atau

Teknologi plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), yang bekerja pada kondisi suhu dan vakum yang agak rendah.

Konstanta kisi silikon nitrida dan silikon berbeda. Oleh karena itu, ketegangan atau stres dapat terjadi, tergantung pada proses pengendapan. Apalagi bila menggunakan teknologi PECVD, ketegangan ini bisa dikurangi dengan menyesuaikan parameter deposisi.

Kawat nano silikon nitrida juga dapat diproduksi dengan metode sol-gel yang menggunakan reduksi karbotermal diikuti dengan nitridasi silika gel, yang mengandung partikel karbon ultra halus. Partikel dapat diproduksi dengan dekomposisi dekstrosa pada kisaran suhu 1200-1350 °C. Reaksi sintesis yang mungkin terjadi adalah:

SiO2_{(s)}{} + C_{(s)} -> SiO_{(g)}{} + CO_{(g)}