सिलिकॉन नाइट्राइड

सिलिकॉन नाइट्राइड सिलिकॉन और नाइट्रोजन तत्वों का एक रासायनिक यौगिक है। सिलिकॉन नाइट्राइड का उष्मागतिक रूप से सबसे स्थिर और व्यावसायिक रूप से सबसे महत्वपूर्ण है, सिलिकॉन नाइट्राइड शब्द सामान्यतः इस विशिष्ट संरचना को संदर्भित करता है। यह एक सफेद, उच्च गलनांक का ठोस है जो तनु  हाइड्रोजिन फ्लोराइड और गर्म फॉस्फोरिक अम्ल  द्वारा आक्षेप करने पर रासायनिक रूप से निष्क्रिय हो जाता है। यह बहुत कठोर होता है (खनिज कठोरता के मोह पैमाने पर 8.5 मध्यवर्ती कठोरता)। इसमें सभी प्रकाशीय अनुप्रयोगों के लिए मजबूत प्रकाशीय गैर-रैखिकता के साथ एक उच्च तापीय स्थिरता होती है।

उत्पादन
सिलिकॉन नाइट्राइड एक नाइट्रोजन वातावरण में चूर्ण (पाउडर) सिलिकॉन को 1300 डिग्री सेल्सियस और 1400 डिग्री सेल्सियस के बीच गर्म करके तैयार किया जाता है:
 * 3 Si + 2 N2 → Si3N4

सिलिकॉन और नाइट्रोजन के रासायनिक संयोजन के कारण सिलिकॉन नमूने का वजन उत्तरोत्तर बढ़ता है। लोहे के उत्प्रेरक के बिना, यह प्रक्रिया कई घंटों (~ 7) के बाद पूरी होती है, जब नाइट्रोजन अवशोषण (प्रति ग्राम सिलिकॉन) के कारण कोई और वजन नहीं बढ़ता है। निम्न के अलावा, कई अन्य सिलिकॉन नाइट्राइड चरणों (नाइट्राइडीकरण/Si ऑक्सीकरण स्थिति की अलग-अलग डिग्री के अनुरूप रासायनिक सूत्रों के साथ) को साहित्य में बताया गया है। इनमें गैसीय डिसिलिकॉन मोनोनाइट्राइड , सिलिकॉन मोनोनाइट्राइड (SiN) और सिलिकॉन सेस्कुनाइट्राइड , जिनमें से प्रत्येक रससमीकरणमितीय (स्टोइकोमेट्रिक चरण) हैं। अन्य अपवर्तक के साथ, इन उच्च तापमान संश्लेषण में प्राप्त उत्पाद प्रतिक्रिया की स्थिति (जैसे समय, तापमान, अभिकारक और कंटेनर सामग्री सहित प्रारंभिक सामग्री) तथा शुद्धिकरण के तरीके पर निर्भर करता है। हालांकि, सेसक्विनिट्राइड का अस्तित्व तब से सवालों के घेरे में आ गया है।

इसे डायमाइड मार्ग से भी तैयार किया जा सकता है:
 * SiCl4 + 6 NH3 → Si(NH)2 + 4 NH4Cl(s)    0 °C . पर
 * 3 Si(NH)2 → Si3N4 + N2 + 3 H2(g)    1000 °C . पर

1400-1450 डिग्री सेल्सियस पर नाइट्रोजन वातावरण में सिलिकॉन डाइऑक्साइड की कार्बऊष्मीय कमी की भी जांच की गई है:
 * 3 SiO2 + 6 C + 2 N2 → Si3N4 + 6 CO

सिलिकॉन नाइट्राइड की पुनर्खाेज के बाद 1950 के दशक में सिलिकॉन पाउडर का नाइट्राइडीकरण विकसित किया गया था और यह बड़े पैमाने पर चूर्ण (पाउडर) उत्पादन के लिए पहली विधि थी। हालांकि, कम शुद्धता वाले कच्चे सिलिकॉन के उपयोग से सिलिकेट और लोहे द्वारा सिलिकॉन नाइट्राइड का संदूषण हुआ। डाइमाइड अपघटन के परिणामस्वरूप अक्रिस्टलीय सिलिकॉन नाइट्राइड प्राप्त होता है जिसे क्रिस्टलीय चूर्ण में बदलने के लिए 1400-1500 डिग्री सेल्सियस पर नाइट्रोजन के तहत और अधिक तापनुशीलन (एनीलिंग) की आवश्यकता होती है, यह अब वाणिज्यिक उत्पादन के लिए दूसरा सबसे महत्वपूर्ण मार्ग है। सिलिकॉन नाइट्राइड उत्पादन के लिए कार्बऊष्मीय कमी सबसे पहले इस्तेमाल की जाने वाली विधि थी और अब इसे उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन नाइट्राइड चूर्ण की प्राप्ति के लिए सबसे अधिक लागत वाली प्रभावी औद्योगिक विधि माना जाता है।।

इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सिलिकॉन नाइट्राइड फिल्में रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) या इसके किसी एक प्रकार जैसे प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प निक्षेपण (PECVD) का उपयोग करके बनाई जाती हैं।:
 * 3 SiH4(g) + 4 NH3(g) → Si3N4(s) + 12 H2(g) 750–850 डिग्री सेल्सियस पर
 * 3 SiCl4(g) + 4 NH3(g) → Si3N4(s) + 12 HCl(g)
 * 3 SiCl2H2(g) + 4 NH3(g) → Si3N4(s) + 6 HCl(g) + 6 H2(g)

अर्धचालक (सामान्यतः सिलिकॉन) कार्यद्रव्य पर सिलिकॉन नाइट्राइड परतों के जमाव के लिए, दो विधियों का उपयोग किया जाता है:

1. कम दाब वाली रासायनिक वाष्प जमाव (LPCVD) तकनीक, जो उच्च तापमान पर काम करती है या तो ऊर्ध्वाधर या क्षैतिज नली भट्टी में काम करती है, या चूंकि सिलिकॉन नाइट्राइड और सिलिकॉन के जाली स्थिरांक अलग-अलग होते हैं, इसलिए निक्षेप प्रक्रिया के आधार पर तनाव (भौतिकी) या तनाव (यांत्रिकी) हो सकता है। विशेष रूप से प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प निक्षेपण पीईसीवीडी तकनीक का उपयोग करते समय निक्षेप मापदंडों को समायोजित करके इस तनाव को कम किया जा सकता है।
 * 1) प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) तकनीक, जो कम तापमान और निर्वात की स्थिति में काम करती है।

सिलिकॉन नाइट्राइड नैनोवायर्स को कार्बऊष्मीय रेडोक्स का उपयोग करके SOL-जेल विधि द्वारा भी उत्पादित किया जा सकता है सिलिका जेल के नाइट्राइडीकरण द्वारा, जिसमें अतिसूक्ष्म कार्बन कण होते हैं। तापमान 1200-1350 डिग्री सेल्सियस में डेक्सट्रोज के अपघटन द्वारा कणों का उत्पादन किया जा सकता है। संभावित संश्लेषण प्रक्रियाएं इस प्रकार हैं:
 * SiO2(s) + C(s) → SiO(g) + CO(g)     और
 * 3 SiO(g) + 2 N2(g) + 3 CO(g) → Si3N4(s) + 3 CO2(g)    या
 * 3 SiO(g) + 2 N3N4(s) + 3 CO(g)।

प्रसंस्करण
एक थोक सामग्री के रूप में सिलिकॉन नाइट्राइड का उत्पादन करना मुश्किल है। इसे 1850 डिग्री सेल्सियस से अधिक पर गर्म नहीं किया जा सकता है जोकि सिलिकॉन और नाइट्रोजन के पृथक्करण के कारण इसकेे गलनांक से काफी नीचे है। इसलिए परंपरागत गर्म समस्थानिक दाब तकनीकों का अनुप्रयोग समस्याग्रस्त है। सिलिकॉन नाइट्राइड चूर्ण के बंधन को कम तापमान पर निसादन (सिंटरिंग) एड्स या बाइंडर्स नामक सामग्री मिलाकर प्राप्त किया जा सकता है जो सामान्यतः तरल चरण निसादन की एक डिग्री को प्रेरित करता है। एक स्वच्छक विकल्प का उपयोग स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग के लिए होता है, जहां ठोस चूर्ण के माध्यम से विद्युत धारा का प्रवाह करके बहुत तेजी से (सेकंड) गर्म किया जाता है। इस तकनीक द्वारा 1500-1700 डिग्री सेल्सियस तापमान पर सघन सिलिकॉन नाइट्राइड प्राप्त किए गए हैं।

क्रिस्टल संरचना और गुण
सिलिकॉन नाइट्राइड की तीन क्रिस्टललेखीय संरचनाएं मौजूद हैं जोकि, α, β और γ चरणों के रूप में नामित हैं। α और β चरण (पदार्थ) सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) के सबसे सामान्य रूप हैं और सामान्य दाब की स्थिति में उत्पादित किये जा सकते हैं। γ चरण को केवल उच्च दाब और तापमान के तहत संश्लेषित किया जा सकता है और इसमें 35 जीपीए की कठोरता होती है। α सिलिकॉन नाइट्राइड और β सिलिकॉन नाइट्राइड की संरचनाएं क्रमशः त्रिकोणीय (पियर्सन प्रतीक hP28, अंतरिक्ष समूह P31c, संख्या 159) और षट्कोणीय क्रिस्टल प्रणाली (hP14, P63, संख्या 173) है जो कोने-सांझाकरण सिलिकॉन नाइट्राइड (SiN4) चतुष्फलक द्वारा निर्मित हैं। इन्हें क्रमशः β-सिलिकॉन नाइट्राइड तथा α सिलिकॉन नाइट्राइड में ABAB... या ABCDABCD... के अनुक्रम में सिलिकॉन और नाइट्रोजन परमाणुओं की परतों से युक्त माना जा सकता है। AB परत α और β चरणों में समान है, और α चरण में CD परत सी-ग्लाइड विमान द्वारा एबी AB से संबंधित है। β-सिलिकॉन नाइट्राइड में चतुष्फलक सिलिकॉन नाइट्राइड आपस में इस तरह से जुड़े होते हैं कि सुरंगें बनती हैं जो एकक कोष्ठिका (यूनिट सेल) के सी अक्ष के समानांतर चलती हैं। एबी को सीडी से जोड़ने वाले सी-ग्लाइड प्लेन के कारण, α संरचना में सुरंगों के बजाय गुहाएं होती हैं।

घन γ सिलिकॉन नाइट्राइड, बोरॉन नाइट्राइड (सी-बीएन) के घन संशोधन के अनुरूप साहित्य में अक्सर सी संशोधन के रूप में नामित किया जाता है। इसमें एक स्पिनल प्रकार की संरचना होती है जिसमें दो सिलिकॉन परमाणु प्रत्येक छह नाइट्रोजन परमाणुओं को अष्टफलकीय रूप से समन्वयित करते हैं और एक सिलिकॉन परमाणु चार नाइट्रोजन परमाणुओं को चतुष्फलकीय रूप से समन्वयित करता है।

लंबे समय तक चिति (स्टैकिंग) अनुक्रम के परिणामस्वरूप α-चरण में β-चरण की तुलना में अधिक कठोरता होती है। हालांकि, α-चरण β-चरण की तुलना में रासायनिक रूप से अस्थिर है। उच्च तापमान पर जब एक तरल चरण मौजूद होता है, तो α-चरण हमेशा β-चरण में बदल जाता है। इसलिए β सिलिकॉन नाइट्राइड चीनी मिट्टी की वस्तुओं में प्रयोग किया जाने वाला प्रमुख रूप है। डोप्ड β सिलिकॉन नाइट्राइड में असामान्य रेणु वृद्धि हो सकती है जिससे असामान्य रूप से बड़े बढ़े हुए दाने महीन समान अनाज के साँचे में बनते हैं और क्रैक ब्रिजिंग द्वारा इस सामग्री में भंजन (फ्रैक्चर) की कठोरता को बढ़ाने के लिए एक तकनीक के रूप में काम कर सकते हैं। डोप्ड सिलिकॉन नाइट्राइड में असामान्य रेणु वृद्धि योज्य-संवर्धित प्रसार के कारण उत्पन्न होती है और समग्र सूक्ष्म संरचना में परिणाम होता है, जिसे ‘‘इन-सीटू कंपोजिट’’ या ‘‘स्व-प्रबलित सामग्री’’ के रूप में भी माना जा सकता है।

सिलिकॉन नाइट्राइड के क्रिस्टलीय बहुरूपताओं के अलावा कांच के अक्रिस्टलीय सामग्री को प्रीसिरेमिक पॉलिमर के (तापीय अपघटन) पायरोलिसिस उत्पादों के रूप में बनाया जा सकता है जिनमें अक्सर अलग-अलग मात्रा में अवशिष्ट कार्बन होता है इसलिए उन्हें सिलिकॉन कार्बाेनाइट्राइड के रूप में अधिक उचित रूप से माना जाता है। विशेष रूप से पॉलीकार्बाेसिलाज़ेन को तापीय अपघटन पर सिलिकॉन कार्बाेनाइट्राइड आधारित सामग्री के एक अक्रिस्टलीय रूप में आसानी से परिवर्तित किया जा सकता है जिससे पॉलिमर के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली प्रसंस्करण तकनीकों के माध्यम से सिलिकॉन नाइट्राइड सामग्री के प्रसंस्करण में मूल्यवान प्रभाव पड़ता है।

अनुप्रयोग
सामान्य तौर पर, सिलिकॉन नाइट्राइड के अनुप्रयोगों के साथ मुख्य विषय तकनीकी प्रदर्शन नहीं है, बल्कि लागत है। जैसे-जैसे लागत में कमी आई है, वैसे-वैसे अनुप्रयोगों की संख्या में तेजी आ रही है।

ऑटोमोबाइल उद्योग
ऑटोमोबाइल उद्योग में इंजन भागों के लिए सामग्री के रूप में प्रयोग निसादित सिलिकॉन नाइट्राइड के प्रमुख अनुप्रयोगों में से एक है। इनमें शामिल हैं- डीजल इंजनों में, तेज आरंभक (स्टार्ट-अप) के लिए चमकने वाला प्लग, कम उत्सर्जन, तेज स्टार्ट-अप और कम शोर के लिए पूर्व दहन कक्ष (ऊर्मी कक्ष), कम इंजन अंतराल और उत्सर्जन के लिए टर्बोचार्जर, स्फुलिंग प्रज्वलन इंजन में, सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग कम पहनने के लिए संदोलक भुजा पैड के लिए, कम जड़ता और कम इंजन अंतराल के लिए टर्बाेचार्जर टर्बाइन और आंतरिक दहन इंजन में बढ़े हुए त्वरण के लिए किया जाता है। उत्पादन स्तरों के उदाहरण के रूप में, अनुमानित रूप से 3,00,000 से अधिक निसादित सिलिकॉन नाइट्राइड टर्बाेचार्जर प्रतिवर्ष बनाए जाते हैं।

बेयरिंग्स
सिलिकॉन नाइट्राइड बियरिंग्स पूर्ण सिरेमिक बियरिंग्स और बॉल बियरिंग्स दोनों हैं। सिरेमिक संकरित गोलक (हाइब्रिड बॉल) बियरिंग्स जिसमें सिरेमिक बॉल्स का उपयोग सिरेमिक बॉल्स और स्टील में रेस (बियरिंग्स) के साथ किया जाता है। सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक में अन्य सिरेमिक की तुलना में अच्छा शॉक (यांत्रिकी) प्रतिरोध होता है। इसलिए प्रदर्शन असर (यांत्रिक) में सिलिकॉन नाइट्राइड मृत्तिकाशिल्प (सिरेमिक) से बने बॉल बियरिंग का उपयोग किया जाता है। एक प्रतिनिधि उदाहरण नासा के अंतरिक्ष शटल के मुख्य इंजनों में सिलिकॉन नाइट्राइड बियरिंग्स का उपयोग है।

चूंकि सिलिकॉन नाइट्राइड बॉल बियरिंग्स धातु की तुलना में सख्त होते हैं, इससे बियरिंग ट्रैक के साथ संपर्क कम हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप पारंपरिक धातु बियरिंगों की तुलना में 80 प्रतिशत कम घर्षण, 3 से 10 गुना लंबा जीवनकाल, 80 प्रतिशत उच्च गति, 60 प्रतिशत कम वजन, कम ईधन के साथ काम करने की क्षमता, उच्च संक्षारण प्रतिरोध और उच्च संचालन तापमान होता है। सिलिकॉन नाइट्राइड गेंदों का वजन टंगस्टन कार्बाइड गेंदों से 79 प्रतिशत कम होता है। सिलिकॉन नाइट्राइड बॉल बियरिंग उच्च अंत मोटर वाहन बीयरिंग, औद्योगिक बीयरिंग, पवन चक्की, मोटरस्पोर्ट्स, साइकिल, रोलरब्लैड और स्केटबोर्ड में पाए जा सकते हैं। सिलिकॉन नाइट्राइड बीयरिंग विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोगी होते हैं जहां जंग या बिजली या चुंबकीय क्षेत्र, धातुओं के उपयोग को प्रतिबंधित करते हैं, उदाहरण के लिए, ज्वारीय प्रवाह मीटर में, जहां समुद्री जल आक्षेप एक समस्या है या विद्युत क्षेत्र के साधकों में।

सिलिकॉन नाइट्राइड पहली बार 1972 में एक बेहतर असर के रूप में प्रदर्शित किया गया था लेकिन लागत को कम करने से जुड़ी चुनौतियों के कारण लगभग 1990 तक उत्पादन तक नहीं पहुंचा था। 1990 के बाद से लागत में काफी कमी आई है क्योंकि उत्पादन की मात्रा में वृद्धि हुई है। यद्यपि सिलिकॉन नाइट्राइड बेयरिंग अभी भी सर्वश्रेष्ठ स्टील बियरिंग्स की तुलना में 2-5 गुना अधिक महंगी हैं, उनका बेहतर प्रदर्शन और जीवन तेजी से अपनाने को सही ठहरा रहा है। लगभग 15-20 मिलियन सिलिकॉन नाइट्राइड मशीन उपकरण और कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए 1996 में यू.एस. में बेयरिंग बॉल्स का उत्पादन किया गया था। वृद्धि का अनुमान प्रति वर्ष 40 प्रतिशत है, लेकिन यह और भी अधिक हो सकता है यदि मृत्तिका बियरिंग्स को उपभोक्ता अनुप्रयोगों जैसे इन-लाइन पटरियों और कंप्यूटर डिस्क ड्राइव के लिए चुना जाता है।

नासा के परीक्षण में कहा गया है कि सिरेमिक-हाइब्रिड बियरिंग्स मानक ऑल-स्टील बियरिंग्स की तुलना में बहुत कम श्रांति (विघर्षण) का जीवन प्रदर्शित करते हैं।

उच्च तापमान सामग्री
सिलिकॉन नाइट्राइड लंबे समय से उच्च तापमान अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। विशेष रूप से, इसे कुछ एकाधार मृत्तिका सामग्रियों में से एक के रूप में पहचाना गया था जो हाइड्रोजन/ऑक्सीजन रॉकेट इंजन में उत्पन्न गंभीर तापीय प्रघात और तापीय प्रवणता से बचने में सक्षम थे। एक जटिल विन्यास में इस क्षमता को प्रदर्शित करने के लिए, नासा के वैज्ञानिकों ने एक इंच-व्यास, एकल-खण्ड दहन कक्ष/नोजल (प्रक्षेपक) घटक बनाने के लिए उन्नत रैपिड प्रोटोटाइप तकनीक का उपयोग किया। प्रक्षेपक का हाइड्रोजन/ऑक्सीजन प्रणोदक के साथ गर्म-अग्नि परीक्षण किया गया था और यह 5 मिनट के चक्र सहित 1320 डिग्री सेल्सियस सामग्री तापमान सहित पांच चक्रों तक जीवित रहा।

2010 में JAXA अंतरिक्ष जांच अकात्सुकी (अंतरिक्ष यान) के प्रक्षेपक में मुख्य सामग्री के रूप में सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग किया गया था।

सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप पर नियर अवरक्त स्पेक्ट्रोग्राफ के लिए विकसित ‘‘माइक्रोशटर’’ के लिए किया गया था। नासा के अनुसार, प्रचालन ताप परिशीतन (बहुत कम) है इसलिए उपकरण को बेहद ठंडे तापमान पर काम करने में सक्षम होना चाहिए। एक और चुनौती थी ऐसे शटर विकसित करना जो बिना किसी थकान के बार-बार खुलने और बंद होने में सक्षम हों और उपकरण की विज्ञान आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त रूप से खुले हों। सिलिकॉन नाइट्राइड को इसकी उच्च शक्ति और थकान के प्रतिरोध के कारण माइक्रोशटर में उपयोग के लिए चुना गया था। यह माइक्रोशटर प्रणाली उपकरण को एक साथ 100 आकाशीय पिंडों का निरीक्षण और विश्लेषण करने की अनुमति देता है।

चिकित्सा
सिलिकॉन नाइट्राइड के कई आर्थाेपेडिक (हडिडयों से संबंधित) अनुप्रयोग हैं। यह सामग्री भी PEEK (पॉलीथर ईथर कीटोन) और टाइटेनियम का एक विकल्प है जिसका उपयोग मेरूदंड संयुक्ति उपकरणों के लिए किया जाता है। यह सिलिकॉन नाइट्राइड की हाइड्रोफिलिक, सूक्ष्म बनावट वाली सतह है जो पीइइके (PEEK) और टाइटेनियम की तुलना में सामग्री की मज़बूती, स्थायित्व और विश्वसनीयता में योगदान करती है।  इस सामग्री की कुछ रचनाएँ प्रतिविषाणुक, कवकरोधी या प्रतिविषाणु गुण प्रदर्शित करती हैं।

धातु कार्य और काटने के उपकरण
Si3N4 का पहला प्रमुख अनुप्रयोग अपघर्षक और कर्तन उपकरण थे। थोक, एकीकृत सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग उपकरण काटने के लिए सामग्री के रूप में किया जाता है, इसकी कठोरता, तापीय स्थिरता और वियर के प्रतिरोध के कारण। यह विशेष रूप से कच्चा लोहा की उच्च गति मशीनिंग के लिए अनुशंसित है। तप्त कठोरता, विभंजन सुदृढता और तापीय प्रघात प्रतिरोध का मतलब है कि निसादित (सिंटर्ड) सिलिकॉन नाइट्राइड कच्चा लोहा, कठोर स्टील और निकिल आधारित मिश्र धातुओं को सतह की गति के साथ 25 गुना तेज गति से काट सकता है जो टंगस्टन कार्बाइड जैसी प्राचीन सामग्री से प्राप्त होता है। सिलिकॉन नाइट्राइड के काटने के औजारों के विनिर्माण उत्पादन पर आकस्मिक प्रभाव पड़ा है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन नाइट्राइड आवेषण के साथ ग्रे कच्चा लोहा की फलक भ्रमिकर्तन (फेस मिलिंग) ने काटने की गति को दोगुना कर दिया और उपकरण के जीवनकाल को एक हिस्से से छह भागों प्रति किनारे तक बढ़ा दिया और पारंपरिक टंगस्टन कार्बाइड टूल्स की तुलना में आवेषण की औसत लागत को 50% तक कम कर दिया।

विद्युतकीय
सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग सामान्यतः एकीकृत सर्किट के निर्माण में विद्युतरोधन और रासायनिक अवरोध के रूप में किया जाता है, विभिन्न संरचनाओं को विद्युत रूप से अलग करने के लिए या थोक सूक्ष्म मशीन में नक़्क़ाशी (सूक्ष्म निर्माण) मास्क के रूप में। माइक्रोचिप्स के लिए एक निष्क्रियता परत के रूप में, यह सिलिकॉन डाइऑक्साइड से बेहतर है, क्योंकि यह पानी के अणुओं और सोडियम आयनों के खिलाफ काफी बेहतर प्रसार अवरोध है, सूक्ष्म विद्युतकीय में जंग और अस्थिरता के दो प्रमुख स्रोत हैं। इसका उपयोग अनुरूप चिप्स में संधारित्र में पॉलीसिलिकॉन परतों के बीच एक अचालक के रूप में भी किया जाता है।

एलपीसीवीडी (LPCVD) द्वारा जमा सिलिकॉन नाइट्राइड में 8% तक हाइड्रोजन होता है। यह मजबूत तनाव प्रतिबल (भौतिकी) का भी अनुभव करता है, जो 200 nm से अधिक मोटी फिल्मों को विभाजित कर सकता है। हालांकि, इसमें सामान्यतः सूक्ष्म निर्माण (क्रमशः 1016 Ω.cm और 10 MV/cm) में उपलब्ध अधिकांश विसंवाहक की तुलना में उच्च प्रतिरोधकता और परावैद्युत सामर्थ्य होती है।।

न केवल सिलिकॉन नाइट्राइड, बल्कि सिलिकॉन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन (SiNxHy) के विभिन्न त्रि-यौगिकों को भी विसंवाहक परतों के रूप में उपयोग किया जाता है। वे निम्नलिखित प्रक्रियाओं का उपयोग करके जमा किए गए प्लाज्मा हैं:


 * 2 SiH4(g) + N2(g) → 2 SiNH(s) + 3 H2(g)
 * SiH4(g) + NH3(g) → SiNH(s) + 3 H2(g)

इन SiNH फिल्मों में बहुत कम तनाव प्रतिबल है, लेकिन खराब विद्युत गुण (प्रतिरोधकता 106 से 1015 Ω·cm, और परावैद्युत सामर्थ्य 1 से 5 MV/cm), और विशिष्ट भौतिक परिस्थितियों में उच्च तापमान के लिए ऊष्मीय रूप से स्थिर होते हैं। फोटो ड्रम की परतों में से एक के रूप में जैरोग्राफ़ी में सिलिकॉन नाइट्राइड का भी उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग घरेलू गैस उपकरणों के प्रज्वलन स्रोत के रूप में भी किया जाता है। अपने अच्छे प्रत्यास्थ गुणों के कारण, सिलिकॉन नाइट्राइड, सिलिकॉन और सिलिकॉन ऑक्साइड के साथ, कैन्टीलीवर के लिए सबसे लोकप्रिय सामग्री है - परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी के संवेदन तत्व।

फोटोनिक एकीकृत परिपथ
फोटोनिक एकीकृत परिपथ को विभिन्न सामग्रियों के साथ बनाया जा सकता है, जिन्हें भौतिक प्लेटफॉर्म भी कहा जाता है। सिलिकॉन नाइट्राइड उन भौतिक प्लेटफार्मों में से एक है, उदाहरण के लिए, सिलिकॉन फोटोनिक्स और ईण्डीयम फास्फाइड। सिलिकॉन नाइट्राइड फोटोनिक एकीकृत परिपथ में व्यापक वर्णक्रमीय क्षेत्र होता है और इसमें कम प्रकाश हानि होती है। यह उन्हें संसूचक, स्पेक्ट्रोमीटर, बायोसेंसर और क्वांटम कंप्यूटर के लिए अत्यधिक अनुकूल बनाता है। SiN (0.1 dB/cm से 0.1 dB/m तक) में रिपोर्ट किए गए सबसे कम प्रसार नुकसान को लियोनिक्स इंटरनेशनल के ट्रिपलेक्स वेवगाइड्स द्वारा प्राप्त किया गया है।

इतिहास
पहली तैयारी 1857 में हेनरी एटियेन सैंट-क्लेयर डेविल और फ्रेडरिक वोहलर द्वारा दी गई थी। उनकी विधि में, सिलिकॉन को कार्बन से भरे एक अन्य क्रूसिबल के अंदर रखे एक क्रूसिबल में गर्म किया गया था ताकि आंतरिक क्रूसिबल में ऑक्सीजन का प्रवेश कम हो सके। उन्होंने एक उत्पाद की सूचना दी जिसे उन्होंने सिलिकॉन नाइट्राइड कहा, लेकिन इसकी रासायनिक संरचना को निर्दिष्ट किए बिना। पॉल शुएट्ज़ेनबर्गर ने सबसे पहले टेट्रानाइट्राइड की संरचना वाले एक उत्पाद Si3N4 की सूचना दी, 1879 में एक वात्या भट्टी में सिलिकॉन को ब्रास्क (मिट्टी के साथ लकड़ी का कोयला, कोयला या कोक को मिलाकर बनाया गया लेप जो तब क्रूसिबल को लाइन करने के लिए उपयोग किया जाता है) के साथ गर्म करके प्राप्त किया गया था। 1910 में, लुडविग वीस और थियोडोर एंगेलहार्ड्ट ने सिलिकॉन को शुद्ध नाइट्रोजन के साथ गर्म किया ताकि उत्पादन किया जा सके। ई. फ्रेडरिक और एल. सिटिग ने 1925 में नाइट्रोजन के साथ कार्बऊष्मीय कमी के माध्यम से Si3N4 बनाया, अर्थात् सिलिका, कार्बन और नाइट्रोजन को 1250-1300 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करके।

वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने से पहले दशकों तक सिलिकॉन नाइट्राइड केवल एक रासायनिक जिज्ञासा बनी रही। 1948 से 1952 तक, कार्बोरंडम कंपनी, नियाग्रा फॉल्स, न्यूयॉर्क ने सिलिकॉन नाइट्राइड के निर्माण और अनुप्रयोग पर कई पेटेंट के लिए आवेदन किया। 1958 तक हेन्स इंटरनेशनल (यूनियन कार्बाइड) सिलिकॉन नाइट्राइड तापवैद्युत युग्म ट्यूब, रॉकेट नोजल और धातुओं को पिघलाने के लिए नावों और क्रुसिबल के व्यावसायिक उत्पादन में था। सिलिकॉन नाइट्राइड पर ब्रिटिश कार्य, 1953 में शुरू हुआ, जिसका उद्देश्य गैस टरबाइनो के उच्च-तापमान भागों के लिए था और इसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया-बंधित सिलिकॉन नाइट्राइड और तप्त दाबित सिलिकॉन नाइट्राइड का विकास हुआ। 1971 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के रक्षा विभाग के DARP ने दो सिरेमिक गैस टर्बाइनों के लिए फोर्ड मोटर कंपनी और वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक (1886) के साथ 17 मिलियन अमेरिकी डॉलर का अनुबंध किया था।

यद्यपि सिलिकॉन नाइट्राइड के गुणों को अच्छी तरह से जाना जाता था, इसकी प्राकृतिक घटना केवल 1990 के दशक में उल्कापिंडों में छोटे समावेशन (लगभग 2 माइक्रोन × 0.5 माइक्रोन आकार में) के रूप में खोजी गई थी। द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति के अग्रणी अल्फ्रेड ओ.सी. नीयर के नाम पर खनिज का नाम नीराइट रखा गया। इस खनिज का पता सोवियत भूवैज्ञानिकों द्वारा पहले, विशेष रूप से उल्कापिंडों में लगाया गया हो सकता है।

उद्धृत स्रोत


श्रेणी:सिरेमिक सामग्री श्रेणी:अकार्बनिक सिलिकॉन यौगिक श्रेणी:नाइट्राइड्स श्रेणी:सुपरहार्ड सामग्री श्रेणी:अर्धचालक निर्माण सामग्री