El oxinitruro de silicio es un material cerámico con la fórmula química SiO x N y . Si bien en formas amorfas su composición puede variar continuamente entre SiO 2 ( sílice ) y Si 3 N 4 ( nitruro de silicio ), la única fase cristalina intermedia conocida es Si 2 N 2 O. [2] Se encuentra en la naturaleza como el raro mineral sinoíta en algunos meteoritos y se puede sintetizar en el laboratorio. [3]
La estructura cristalina del oxinitruro de silicio está formada por tetraedros de SiN3O conectados a través de átomos de oxígeno a lo largo del eje c y a través de átomos de nitrógeno perpendiculares a él. La fuerte unión covalente de esta estructura da como resultado una alta resistencia a la flexión y resistencia al calentamiento y la oxidación hasta temperaturas de aproximadamente 1600 °C. [4]
Las cerámicas de oxinitruro de silicio policristalino se producen principalmente mediante nitruración de una mezcla de Si y dióxido de silicio a una temperatura superior al punto de fusión del silicio (1414 °C), en el rango de 1420 a 1500 °C: [4] [5]
Los materiales de oxinitruro de silicio con diversas estequiometrías también pueden surgir como productos de la pirólisis de polímeros precerámicos, a saber, polisilanos y polietoxisilsesquiazano. Los materiales de SiON así obtenidos se denominan cerámicas derivadas de polímeros o PDC. Al utilizar polímeros precerámicos , se pueden obtener cerámicas de oxinitruro de silicio densas o porosas en formas complejas utilizando técnicas de conformación que se aplican más típicamente para polímeros. [6]
Se pueden cultivar películas delgadas de oxinitruro de silicio sobre silicio utilizando una variedad de técnicas de deposición de plasma y se pueden usar en microelectrónica como una capa dieléctrica alternativa al dióxido de silicio y al nitruro de silicio con las ventajas de corrientes de fuga bajas y alta estabilidad térmica. [7] Estas películas tienen una estructura amorfa y, por lo tanto, su composición química puede desviarse ampliamente de Si 2 N 2 O. Al cambiar la relación nitrógeno/oxígeno en estas películas, su índice de refracción se puede ajustar continuamente entre el valor de ~1,45 para el dióxido de silicio y ~2,0 para el nitruro de silicio. Esta propiedad es útil para componentes ópticos de índice de gradiente, como fibras de índice graduado . [8]
Los oxinitruros de silicio pueden doparse con átomos de metal. El ejemplo más común es el sialón , una familia de compuestos cuaternarios SiAlON. Los oxinitruros de silicio cuaternarios que contienen un elemento lantánido , como La, Eu o/y Ce, se utilizan como fósforos . [9]