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，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，紫外光、可見光和紅外光在氮化硅薄膜中的透過率很高，加上氨化硅薄膜超高硬度，它可以用來作為光學(xué)玻璃的堅硬涂層，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)會降低。這個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強是氮化硅薄膜成為良好絕緣膜的兩個重要性能。它的擊穿場強值隨著成分變化一般在3~8×106V/cm之間波動。接近化學(xué)計量比的氮化硅薄膜，它的擊穿場強值可大于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，也就是N---H、Si—H鍵數(shù)目較少時，薄膜的熱穩(wěn)定性很高。有報導(dǎo)低氫氮化硅薄膜在900℃高溫?zé)崽幚頃r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小時后，氧化層的厚度儀為 20nm。由于飛行器飛行過程中，空氣動力加熱，窗口或頭罩很容易就達到800℃以上的溫度，這就意味著藍寶石要在高速、高溫的環(huán)境中應(yīng)用，所以在藍寶石襯底上鍍膜，在改善其高溫強度和光學(xué)性能的同時，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，因為薄膜的應(yīng)力狀態(tài)直接影響到它與襯底的機械穩(wěn)定性，很大的張應(yīng)力會導(dǎo)致薄膜開裂，而很大的壓應(yīng)力會造成薄膜剝落。因此，薄膜的應(yīng)力狀態(tài)對于它能否真正發(fā)揮自身優(yōu)點起關(guān)鍵作用。

  對于高溫工藝制備的薄膜來說，由于化學(xué)計量性好、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，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)體器件的掩膜對器件有良好的保護作用，能減少后道工序帶來的表面機械損傷，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，因而它非常適合用作改善藍寶石高溫強度的涂層材料。

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