תהליך הכנת סיליקון ניטריד.

לשיטת הפקת סיליקון ניטריד יש השפעה משמעותית על השלב הגבישי, טוהר ודחיסות החומר. בהתאם לדרישות היישום, שיטות הכנה שונות יכולות לייצר חומרי סיליקון ניטריד בעלי תכונות שונות.

א שיטת ניטרידה ישירה
סקירת מתודולוגיה

ניטרידינג ישיר - הוא תהליך שבו אדי סיליקון וחנקן מגיבים בטמפרטורות גבוהות ליצירת סיליקון ניטריד, בדרך כלל בטמפרטורות שבין 1400 מעלות ל-1500 מעלות, לייצור חומרי פאזה מעורבים -Si₃N₄ ו--Si₃N₄.

בקרת תהליכים ותרחישים ישימים

שיטת הניטרידינג הישיר מתאימה לייצור בקנה מידה גדול, אך היא דורשת בקרה קפדנית על פרמטרים כמו טמפרטורה, טוהר החנקן וקצב זרימה כדי להבטיח אחידות ודחוס המוצר. שיטה זו מתאימה לייצור חומרי סיליקון ניטריד בתפזורת, הנמצאים בשימוש נרחב בייצור קרמיקה מבנית תעשייתית.

ב. שקיעת אדים (CVD)
עִקָרוֹן

שקיעת אדים כימית (CVD) - היא תהליך שבו סילאן (SiH₄) ואמוניה (NH₃) מגיבים בטמפרטורות גבוהות ליצירת סרטים דקים של סיליקון ניטריד. על ידי שליטה בפרופורציה וקצב הזרימה של גז התגובה, ניתן להשיג סרטי סיליקון ניטריד בעלי עובי אחיד וטוהר גבוה.

יתרונות וחסרונות:

סרטי סיליקון ניטריד דקים המיוצרים על ידי CVD הינם בעלי טוהר גבוה וקומפקטיות גבוהה, אך הציוד בשיטה זו מורכב ויקר, והוא מתאים להפקת סרטים דקים במוליכים למחצה ובמכשירים מיקרואלקטרוניים.

ג. ניטרידינג בלחץ גבוה
עקרון הפעולה ודרישות הציוד

שיטת הניטרידינג בלחץ גבוה משפרת את הצפיפות והחוזק של סיליקון ניטריד על ידי ביצוע תגובת הניטריד בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה. סביבת הלחץ הגבוה מקדמת את התגובה של סיליקון וחנקן, ומפחיתה את זמן התגובה.

שיטה זו מתאימה לייצור קרמיקה הנדסית בצפיפות גבוהה ומשמשת לרוב בהכנת חומרי סיליקון ניטריד בעלי דרישות חוזק גבוהות, כגון מיסבים וכלי חיתוך בעלי ביצועים גבוהים, אך דרישות הציוד גבוהות, עלות ההכנה גבוהה והיא מתאימה לייצור מוצרים בעלי ערך מוסף גבוה.

ד. סינתזה עצמית בטמפרטורה גבוהה (SHS)
סקירת מתודולוגיה

סינתזה עצמית בטמפרטורה גבוהה (SHS) משתמשת במאפייני ההפצה העצמית של תגובות כימיות כדי לייצר טמפרטורות גבוהות על ידי הצתה כדי לקדם תגובת ניטרידית ספונטנית לייצור אבקת סיליקון ניטריד.

מאפייני תהליך

לשיטת SHS מהירות תגובה גבוהה וצריכת אנרגיה נמוכה, אך קשה לשלוט ביציבות ואחידות התגובה. שיטה זו מתאימה לייצור בקנה מידה גדול של חומרי אבקה ומשמשת בעיקר ליישומים כגון מילוי חומרים ואטומיזציה של אבקה.