氮化硅薄膜的性能（Si3N4）

光電性能

  氮化硅薄膜的折射率較高，化學(xué)計(jì)量比的氮化硅薄膜的折射率在2.0左右。隨著成分的變化，它的折射率可在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，氨原子含量增加，折射率降低，硅原子含量增加，折射率增大。在低溫工藝中，溫度是影響折射率的重要因素。沉積溫度提高，折射率增大，趨于穩(wěn)定值，這是由于溫度升高導(dǎo)致薄膜致密度提高的緣故。

  當(dāng)薄膜厚度合適時(shí)，紫外光、可見(jiàn)光和紅外光在氮化硅薄膜中的透過(guò)率很高，加上氨化硅薄膜超高硬度，它可以用來(lái)作為光學(xué)玻璃的堅(jiān)硬涂層，由氦化硅和氧化硅薄膜交替組成的復(fù)層膜作為減反射層已經(jīng)成功地用于光學(xué)裝置上。

  氮化硅薄膜的光衰減系數(shù)非常小，在0.63~1.60um波長(zhǎng)范圍內(nèi)的**衰減值為0.1~0.3dB/cm。退火后，薄膜的光衰減系數(shù)會(huì)降低。這個(gè)性能使得氦化硅薄膜廣泛應(yīng)用于光波導(dǎo)裝置。此外，氮化硅薄膜還有光致發(fā)光和電致發(fā)光效應(yīng)。

  高電阻率和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)是氮化硅薄膜成為良好絕緣膜的兩個(gè)重要性能。它的擊穿場(chǎng)強(qiáng)值隨著成分變化一般在3~8×106V/cm之間波動(dòng)。接近化學(xué)計(jì)量比的氮化硅薄膜，它的擊穿場(chǎng)強(qiáng)值可大于107V/cm。氮化硅薄膜的電阻率一般在1014~1016Ω - cm左右。

  氮化硅薄膜的介電常數(shù)較高，隨著成分變化，其值在4~13之間變化，通常為4~8左右。高介電常數(shù)使得氮化硅薄膜可用于制作介質(zhì)電容。

化學(xué)穩(wěn)定性和鈍化性能

  氮化硅薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性相當(dāng)好。除氫氟酸外，其它酸和堿幾乎對(duì)氮化硅不發(fā)生作用。因此，用氮化硅薄膜作為器件掩膜可防止日常酸和堿的腐蝕，提高器件的穩(wěn)定性。

熱穩(wěn)定性和抗高溫氧化性

  氮化硅薄膜的熱穩(wěn)定性與其化學(xué)鍵狀態(tài)直接相關(guān)。當(dāng)?shù)�化硅薄膜中的氫含量低時(shí)，也就是N---H、Si—H鍵數(shù)目較少時(shí)，薄膜的熱穩(wěn)定性很高。有報(bào)導(dǎo)低氫氮化硅薄膜在900℃高溫?zé)崽幚頃r(shí)表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性。如果薄膜中含有大量的N---H、Si—H鍵，則在高溫處理時(shí)N--H或Si—H尤其是N一H很容易斷裂而釋放出氫，導(dǎo)致薄膜開裂。

  氮化硅薄膜具有優(yōu)良的抗高溫氧化性能，它在氧化過(guò)程中往往只是表面受到氧化，氮化硅薄膜在1000℃的H2O/O2中處理6小時(shí)后，氧化層的厚度儀為 20nm。由于飛行器飛行過(guò)程中，空氣動(dòng)力加熱，窗口或頭罩很容易就達(dá)到800℃以上的溫度，這就意味著藍(lán)寶石要在高速、高溫的環(huán)境中應(yīng)用，所以在藍(lán)寶石襯底上鍍膜，在改善其高溫強(qiáng)度和光學(xué)性能的同時(shí)，必須具有熱穩(wěn)定性和抗高溫氧化性。

力學(xué)性能

  在氮化硅薄膜的力學(xué)性能中，應(yīng)力狀態(tài)是重要的，因?yàn)楸∧さ膽?yīng)力狀態(tài)直接影響到它與襯底的機(jī)械穩(wěn)定性，很大的張應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致薄膜開裂，而很大的壓應(yīng)力會(huì)造成薄膜剝落。因此，薄膜的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)于它能否真正發(fā)揮自身優(yōu)點(diǎn)起關(guān)鍵作用。

  對(duì)于高溫工藝制備的薄膜來(lái)說(shuō)，由于化學(xué)計(jì)量性好、氫含量低，因此應(yīng)力-一般不隨工藝條件而產(chǎn)生大的波動(dòng)，應(yīng)力表現(xiàn)為張應(yīng)力，**值在10 10dyn/cm2左右。在低溫工藝下，薄膜的化學(xué)計(jì)量性可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，隨著成分的變化，薄膜的應(yīng)力可在壓應(yīng)力和張應(yīng)力之間變化。因此，通過(guò)控制沉積條件就可制作所需應(yīng)力狀態(tài)的氮化硅薄膜。

  氮化硅薄膜具有很高的硬度。某學(xué)者用直流PECVD法制備得到了硬度值在40GPa以上的非晶態(tài)氮化硅薄膜，這個(gè)值高于晶態(tài)Si3N4的硬度( 30GPa）。超高的硬度使得氮化硅薄膜具有好的耐磨性和抗劃傷能力，作為半導(dǎo)體器件的掩膜對(duì)器件有良好的保護(hù)作用，能減少后道工序帶來(lái)的表面機(jī)械損傷，使成品率得以提高。

綜上所述，氮化硅薄膜具有硬度高、抗腐蝕、耐高溫、導(dǎo)熱性與絕緣性能好、光電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，因而它非常適合用作改善藍(lán)寶石高溫強(qiáng)度的涂層材料。

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CVD法氮化硅薄膜    

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納米非晶氮化硅m(Al2O3):m(Si3N4)    

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多孔氮化硅陶瓷    

SiO2和α-Si3N4氮化硅多孔陶瓷    

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CeO2-氮化硅陶瓷    

聚醚砜-氮化硅復(fù)合材料    

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m(Al2O3):m(Si3N4)    

碳化硅/氮化硅復(fù)合材料    

Si3N4/SiC復(fù)合材料    

6 wt%Yb2O3和    

2 wt%Al2O3摻雜氮化硅復(fù)合材料    

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碳化硅晶須補(bǔ)強(qiáng)氮化硅復(fù)合材料    

鈦酸鋁-氮化硅復(fù)合材料    

氮化硅鐵-剛玉復(fù)合材料    

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碳納米管/氮化硅陶瓷基復(fù)合材料    

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Si粉對(duì)礬土-氮化硅復(fù)合材料    

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二氧化鉿-二氧化鋯-二氧化鈦三元氧化物的氮化硅復(fù)合材料    

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