Synthesis of silicon nitride powder by gas-phase reaction

Abstract

Amorphous silicon nitride powders consisting of isometric particles about 0·2 μm in size were precipitated from silane-ammonia-nitrogen mixtures heated to 600–1300°C. Without ammonia, elementary silicon with negligible nitrogen content was precipitated. At an ammonia/silane molar ratio of 4:3 to 3:1 powders with a decreasing content of free silicon were obtained. From mixtures rich in ammonia, white silicon nitride with a slight nitrogen hyperstoichiometry was precipitated. Unreacted silane in gases exiting from the reactor indicated that the conversion to silicon nitride was not full even at an ammonia/silane molar ratio of 30:1. Amorphe, isometrische Si 3 N 4 -Pulver mit einer Korngröße von ca. 0·2 μm wurden aus SiH 4 -NH 3 -N 2 Atmosphären im Temperaturbereich von 600°C bis 1300°C abgeschieden. Ohne NH 3 -Zugabe fand sich nur elementares Silizium ohne nennenswerten Stickstoffanteil. Bei NH 3 /SiH 4 -Verhältnissen von 4 3 bis 3 konnten Pulver mit abnehmendem Anteil an freiem Silizium erzeugt werden. Aus NH 3 -reichen Gasmischungen ergaben sich weiße Si 3 N 4 -Pulver mit einem leichten Stickstoffüberschuß. Nicht verbrauchtes SiH 4 , das am Abluftventil der Reaktionskammer austrat, zeigte, daß selbst bei einem NH 3 /SiH 4 -Verhältnis von 30 keine vollständige Umsetzung zu Si 3 N 4 stattfand. On a préparé des poudres de nitrure de silicium amorphe constituées de particules isométriques de 0·2 μm par précipitation de mélanges silaneammoniaque-azote chauffés entre 600 et 1300°C. En l'absence d'ammoniaque, on observe une précipitation de silicium élémentaire à teneur en azote négligeable. Pour une fraction molaire ammoniaque/silane comprise entre 4 3 et 3, on a obtenu des poudres dont la teneur en silicium libre était décroissante. Les mélanges riches en ammoniaque conduisent à la précipitation d'un nitrure de silicium blanc présentant une lègère sur-stoechiométrie. La présence à la sortie du réacteur de silane n'ayant pas réagi indique que la conversion en nitrure de silicium n'était pas totale, même pour des fractions molaires ammoniaque/silane comprises 30.