氮化硅（Si₃N₄）具有许多特殊的优越性能，是一种前景广阔的薄膜材料，并已广泛应用于微电子、光电子领域，人们对此做了大量的研究，但主要集中在用各种化学气相沉积的薄膜制备上，对直接氮化法的机理和动力学研究较少，特别是硅片在氮气保护的热处理条件下的直接氮化行为研究更少，甚至对硅片在热处理条件下能否与惰性的氮气发生反应等问题依然存在争论。在硅片的热处理、集成电路工艺和氮气保护的拉晶过程中，都涉及到硅的氮化问题，因此硅片氮气直接氮化的研究意义重大。本文研究了硅片在热处理条件下的氮化条件和动力学，并从理论上探讨氮化机理，得到了很好的结果。 本文首先综述了氮化硅的基本情况，详细叙述了薄膜氮化硅的研究现状、应用、制备方法和组织结构等方面的内容，力求对氮化硅有一个全面的认识。通过硅片在800℃到1200℃各个温度和各种氮气气氛下的氮化处理的实验结果，报道了不同与其他研究者的氮化条件，硅片在氮气保护的热处理中的氮化条件为：高于1100℃的温度和高纯氮的气氛条件，同时对该氮化硅薄膜进行了金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子谱（XPS）、X射线能谱仪（EDX）和抗氧化性等测试和分析。 为研究硅片氮化动力学，在1100℃和1200℃的温度下制备了从5分钟到4小时的各个氮化时间的样品，并采用了不同晶面取向的硅片和不同的硅片放置位置，用Filmetrics公司生产的F20型膜厚测量仪测得各个样品的厚度，得到了实际的氮化动力学曲线和氮化薄膜的最终膜厚约为50纳米，氮气曲线较好地符合了气固反应类型的动力学曲线。并得到氮化与硅片晶面类型无关和最终膜厚与摆放位置无关的结论。最后从宏观和微观角度建立氮化的数学方程来分析讨论氮化过程。 同时本文用物理化学的原理讨论了硅片氮气直接氮化的热力学方程、氮化条件的理论根据和原子的自扩散，从理论上证明随温度升高氮化加剧，气氛纯度越高氮化越容易的结论。从并分析了氮气和硅反应各个阶段的反应过程和机理，得到了氮气不可能直接分解为氮原子，而是通过化学吸附来实现的结论。 本文最后研究了二氧化硅薄膜的氮气直接氮化，得到了二氧化硅氮气直接氮浙江大学硕士学位论文 硅片氮气直接氮化的动力学和机理研究 作者：祝洪良化的氮化条件：高于 11 00℃的温度和高纯氮的气氛条件。并用 EDX和光学显微镜研究了二氧化硅薄膜的氮气直接氮化各个时间段的生长过程。从理论上详细地分析了二氧化硅氮化与硅片氮化的关系和氧分在氮化过程中对氮化的影响。 总之，本文系统地研究了硅片氮气直接氮化从制备、反应条件、动力学到氮化机理的各个过程，得到了较好的实验和理论结果。