氮氧化硅

氧氮化硅是一種化學式為SiO_xN_y的陶瓷材料。在無定形形態下，其組成可在SiO₂（二氧化硅）與Si₃N₄（氮化矽）之間連續變化，但唯一已知的中間晶相為Si₂N₂O。^[2] 它以稀有礦物氧氮硅石（英語：sinoite）的形式存在於某些隕石中，也可在實驗室中合成。^[3]

氮氧化硅
別名	Silicon nitride oxide, dinitride disilicon oxide
識別
CAS號	12033-76-0  N
性質
化學式	N2OSi2
摩爾質量	100.18 g·mol−1
外觀	Colorless crystals
密度	2.81 g·cm−3
結構
晶體結構	Orthorhombic[1]
空間群	Cmc21 No 36, Pearson symbol oS20
晶格常數	a = 0.48553 nm, b = 0.52194 nm, c = 0.52194 nm, Z = 4
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

特性

Si₂N₂O晶體結構，紅色–氧，藍色–氮，灰色–硅。^[1]

氧氮化硅的晶體結構由SiN₃O四面體沿c軸通過氧原子連接，垂直方向則通過氮原子連接。該結構的強共價鍵使其具有高抗彎強度，並能在約1600 °C下保持抗熱和抗氧化性能。^[4]

合成

多晶氮氧化硅陶瓷主要由 Si 和二氧化硅混合物在高於硅熔點（1414 °C），範圍為 1420–1500 攝氏度:

多晶氧氮化硅陶瓷主要通過在高於硅熔點（1414 °C）的1420-1500 °C範圍內，將Si與SiO₂混合物在氮氣中進行氮化製得：^[4][5]

3 Si + SiO₂ + 2 N₂ → 2 Si₂N₂O

氧氮化硅材料也可通過陶瓷先驅體聚合物（如聚硅烷和聚乙氧基硅雜氮烷）熱解製得。由此得到的SiON材料稱為聚合物衍生陶瓷（英語：Polymer derived ceramics）（PDCs）。利用陶瓷先驅體聚合物，可採用常用於聚合物的成型技術製備複雜形狀的緻密或多孔氧氮化硅陶瓷。^[6]

應用

可採用多種等離子體沉積技術在硅片上生長氧氮化硅薄膜，作為微電子領域中替代二氧化硅和氮化矽的介電層，具有漏電流低和熱穩定性高的優點。^[7]這些薄膜呈無定形結構，其化學組成可大幅偏離Si₂N₂O。通過調節薄膜中的氮/氧比，可將折射率在~1.45（二氧化硅）與 ~2.0（氮化硅）之間連續調節，此特性對製作漸變折射率（英語：Gradient-index optics）組件（如漸變折射率光纖（英語：Graded-index fiber））尤為有用。^[8]

氧氮化硅可摻入金屬元素，最常見的是四元SiAlON化合物系列Sialon陶瓷（英語：Sialon）。含有鑭系元素（如La、Eu或/和Ce）的四元氧氮化硅可用作熒光粉。^[9]