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Neste trabalho foram fabricados e caracterizados capacitores MOS com camada dielétrica de oxinitreto de silício de diferentes composição química, depositada pela técnica de PECVD a baixa temperatura, com o intuito de estudar suas propriedades dielétricas e de interface visando à aplicação deste material em dispositivos MOS e de filme fino. Os capacitores foram fabricados sobre lâminas de silício do tipo p que passaram pelo processo de limpeza química inicial, seguida da deposição da camada dielétrica, fotogravação, metalização e sinterização. Os filmes de SiOxNy, utilizados como camada dielétrica, foram depositados pela técnica de PECVD à temperatura de 320ºC variando os fluxos dos gases precursores de forma a obter filmes com diferentes composições químicas. Os capacitores MOS foram caracterizados por medidas de capacitância e corrente em função da tensão, de onde foram extraídas a densidade de estados de interface, a densidade de carga efetiva, constante dielétrica e campo elétrico de ruptura dos filmes. Os resultados mostraram uma variação linear da constante dielétrica do filme em função da concentração de nitrogênio, indo do valor de 3,9, correspondente ao dióxido de silício estequiométrico (SiO2) à 7,2 correspondente ao nitreto de silício estequiométrico (Si3N4). Também observamos que o nitrogênio é uma barreira eficiente à difusão de impurezas através do dielétrico. Porém, notamos uma grande dispersão de duas ordens de grandeza nos valores da carga efetiva (Nss) e de densidade de estados de interface (Dit). Por outro lado, controlando algumas variáveis de forma a manter constante o valor de Nss ( ~1012 cm-2), observamos uma variação de Dit em função da concentração de nitrogênio no filme, esta variação porém é pequena comparada com a dispersão de duas ordens de grandeza observada, que atribuímos assim a fatores externos. O menor valor obtido de Dit foi de 4,55.1010 eV-1.cm-2, que é ótimo para um filme obtido por PECVD, sem nenhum tratamento térmico e melhor que os reportados na literatura para dielétricos obtidos por técnicas que utilizam altas temperaturas (LPCVD-800ºC e oxinitretação térmica – 1100ºC). Assim, podemos concluir que a técnica de PECVD é promissora para a obtenção de dielétricos a baixas temperaturas. / In this work, MOS capacitors with different chemical composition silicon oxynitride insulating layer, deposited by PECVD technique at low temperature were fabricated and characterized, in order to study its dielectric and interface properties, seeking its aplication as insulating layer in MOS and thin films devices. The MOS capacitors were fabricated onto p-silicion wafers previously cleaned by a standard process, followed by the insulating layer deposition, photolitography, metalization and sinterization. The SiOxNy insulating layer was deposited by the PECVD technique at 320ºC changing the precursor gases flows to obtain films with different chemical compositions. The MOS capacitors were characterized by capacitance and current vs. voltage measurements, from where the interface state density (Dit), the effective charge density (Nss), the dielectric constant (k) and the film electrical breakdown field (Ebd) were extracted. The results showed a dielectric constant varying linearly as a function of the films nitrogen concentration, going from a value of 3.9, corresponding to stoichiometric silicon dioxide (SiO2) to a value of 7.2, corresponding to stoichiometric silicon nitride film (Si3N4). We also observed that nitrogen is an efficient diffusion barrier against contaminants. However, a large dispersion, about two orders of magnitude, in the effective charge and in the interface state density was observed. On the other hand, controlling some variables so as to keep the Nss value constant (~1012 cm-2) we observed a Dit variation as a function of the film nitrogen concentration, this variation is small when compared with the observed dispersion of two orders of magnitude, thus attributed to external factors. The smallest obtained Dit was 4.55.1010 eV-1.cm-2, which is unexpected for a PECVD film without any anealing process and is better than the values reported in the literature for dielectrics obtained at high temperatures techniques (as LPCVD – 800ºC and thermal oxynitridation – 1100ºC). Therefore, we can conclude that the PECVD technique is promising for obtaining low temperature dielectrics.

<p>Silicon ceramics are popular in both commercial applications and material research. The purpose of this thesis is to present measurements and analysis of four different silicon ceramics: á, â and ã phases of silicon nitride and silicon oxynitride using soft x-ray spectroscopy, which analyses the electronic structure of materials by measuring the absorption and emission of x-ray radiation. Absorption and emission spectra of these materials are presented, many of which have not be previously documented. The results are compared to model spectra and together they provide information about the electronic structure of the material.</p><p>Assignments of emission features to element, orbital, and site symmetry are performed for each material. Combinations of silicon and nitrogen emission spectra provide insight into the strained bonding structure of nitrogen. It is concluded that p-dð interaction plays a role in the bonding arrangement of nitrogen and oxygen sites within these structures. The emission features of non-equivalent silicon sites within ã-Si3N4 are identified, which represents some of the first analysis of same element, non-equivalent sites in a material.</p><p>Silicon absorption and emission spectra were plotted on the same energy scale to facilitate measurement of the band gap. Since previously measured band gaps are not well represented in literature, the measured band gaps were compared to values predicted using DFT calculations. The band gap values are in reasonable agreement to calculated values, but do not vary as widely as predicted.</p>

<p>Silicon ceramics are popular in both commercial applications and material research. The purpose of this thesis is to present measurements and analysis of four different silicon ceramics: á, â and ã phases of silicon nitride and silicon oxynitride using soft x-ray spectroscopy, which analyses the electronic structure of materials by measuring the absorption and emission of x-ray radiation. Absorption and emission spectra of these materials are presented, many of which have not be previously documented. The results are compared to model spectra and together they provide information about the electronic structure of the material.</p><p>Assignments of emission features to element, orbital, and site symmetry are performed for each material. Combinations of silicon and nitrogen emission spectra provide insight into the strained bonding structure of nitrogen. It is concluded that p-dð interaction plays a role in the bonding arrangement of nitrogen and oxygen sites within these structures. The emission features of non-equivalent silicon sites within ã-Si3N4 are identified, which represents some of the first analysis of same element, non-equivalent sites in a material.</p><p>Silicon absorption and emission spectra were plotted on the same energy scale to facilitate measurement of the band gap. Since previously measured band gaps are not well represented in literature, the measured band gaps were compared to values predicted using DFT calculations. The band gap values are in reasonable agreement to calculated values, but do not vary as widely as predicted.</p>

Neste trabalho foram fabricados e caracterizados capacitores MOS com camada dielétrica de oxinitreto de silício de diferentes composição química, depositada pela técnica de PECVD a baixa temperatura, com o intuito de estudar suas propriedades dielétricas e de interface visando à aplicação deste material em dispositivos MOS e de filme fino. Os capacitores foram fabricados sobre lâminas de silício do tipo p que passaram pelo processo de limpeza química inicial, seguida da deposição da camada dielétrica, fotogravação, metalização e sinterização. Os filmes de SiOxNy, utilizados como camada dielétrica, foram depositados pela técnica de PECVD à temperatura de 320ºC variando os fluxos dos gases precursores de forma a obter filmes com diferentes composições químicas. Os capacitores MOS foram caracterizados por medidas de capacitância e corrente em função da tensão, de onde foram extraídas a densidade de estados de interface, a densidade de carga efetiva, constante dielétrica e campo elétrico de ruptura dos filmes. Os resultados mostraram uma variação linear da constante dielétrica do filme em função da concentração de nitrogênio, indo do valor de 3,9, correspondente ao dióxido de silício estequiométrico (SiO2) à 7,2 correspondente ao nitreto de silício estequiométrico (Si3N4). Também observamos que o nitrogênio é uma barreira eficiente à difusão de impurezas através do dielétrico. Porém, notamos uma grande dispersão de duas ordens de grandeza nos valores da carga efetiva (Nss) e de densidade de estados de interface (Dit). Por outro lado, controlando algumas variáveis de forma a manter constante o valor de Nss ( ~1012 cm-2), observamos uma variação de Dit em função da concentração de nitrogênio no filme, esta variação porém é pequena comparada com a dispersão de duas ordens de grandeza observada, que atribuímos assim a fatores externos. O menor valor obtido de Dit foi de 4,55.1010 eV-1.cm-2, que é ótimo para um filme obtido por PECVD, sem nenhum tratamento térmico e melhor que os reportados na literatura para dielétricos obtidos por técnicas que utilizam altas temperaturas (LPCVD-800ºC e oxinitretação térmica – 1100ºC). Assim, podemos concluir que a técnica de PECVD é promissora para a obtenção de dielétricos a baixas temperaturas. / In this work, MOS capacitors with different chemical composition silicon oxynitride insulating layer, deposited by PECVD technique at low temperature were fabricated and characterized, in order to study its dielectric and interface properties, seeking its aplication as insulating layer in MOS and thin films devices. The MOS capacitors were fabricated onto p-silicion wafers previously cleaned by a standard process, followed by the insulating layer deposition, photolitography, metalization and sinterization. The SiOxNy insulating layer was deposited by the PECVD technique at 320ºC changing the precursor gases flows to obtain films with different chemical compositions. The MOS capacitors were characterized by capacitance and current vs. voltage measurements, from where the interface state density (Dit), the effective charge density (Nss), the dielectric constant (k) and the film electrical breakdown field (Ebd) were extracted. The results showed a dielectric constant varying linearly as a function of the films nitrogen concentration, going from a value of 3.9, corresponding to stoichiometric silicon dioxide (SiO2) to a value of 7.2, corresponding to stoichiometric silicon nitride film (Si3N4). We also observed that nitrogen is an efficient diffusion barrier against contaminants. However, a large dispersion, about two orders of magnitude, in the effective charge and in the interface state density was observed. On the other hand, controlling some variables so as to keep the Nss value constant (~1012 cm-2) we observed a Dit variation as a function of the film nitrogen concentration, this variation is small when compared with the observed dispersion of two orders of magnitude, thus attributed to external factors. The smallest obtained Dit was 4.55.1010 eV-1.cm-2, which is unexpected for a PECVD film without any anealing process and is better than the values reported in the literature for dielectrics obtained at high temperatures techniques (as LPCVD – 800ºC and thermal oxynitridation – 1100ºC). Therefore, we can conclude that the PECVD technique is promising for obtaining low temperature dielectrics.

Neste trabalho, filmes amorfos de oxinitreto de silício (alfa-SiO IND.XN IND.Y:H) foram crescidos pelo processo de Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) a temperatura da 320ºC. No processo de deposição foi utilizada a mistura dos gases óxido nitroso (N IND.2O) e silano (SiH IND.4), variando-se a razão entre os seus fluxos (Re= N2O/SiH4) num intervalo de 0,25 Re 5,00. Foram obtidos filmes com diferentes composições químicas, sendo ricos em O (65 at.%) para Re 2,00 e ricos em Si (44 at. %) para Re 1,50. A técnica de Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) foi utilizada para determinar a composição química dos filmes. Os dados de RBS mostram um decréscimo da quantidade de O, enquanto que as quantidades de Si e N aumentam com o decréscimo de Re. A morfologia dos filmes foi estudada por Small Angell X-ray scattering (SAXS), Transmissio Electron Microscopy (TEM) e medida de densidade pelo método de flutuação. Os dados de SAXS revelam a presença de centros espalhadores com raio médio que varia de 10 Ã a 100 Ã. Os resultados de TEM mostram a presença de aglomerados esféricos dispersos numa matriz de mesmas espécies atômicas. A concentração de poros nos filmes é inferior a 10% e diminui com o aumento do conteúdo de oxigênio. Tanto a estrutura de ordem local quanto as ligações químicas foram investigadas pelas técnicas de X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES), Extented X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) e Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). foi desenvolvido um potencial modelo de interação para simular a estrutura atômica do oxinitreto de silício amorfo e compará-la com os dados experimentais. As simulações computacionais foram realizadas utilizando o método de Monte Carlo (MC)-Metropolis. A análise estrutural das amostras ricas em O, tanto do ponto de vista experimental quanto teórico (obtidos por MC), mostram que a estrutura básica da rede é um tetraedro, onde o átomo central é o Si conectado por O e N. Os resultados experimentais das amostras ricas em si, apontam para a formação de agregados de Si, embebidos dentro de uma matriz de Si-O-N. Tratamentos térmicos a vácuo em temperaturas entre 550 e 1000 ºC promovem a efusão de hidrogênio e segregação de diferentes fases. / In this work, thin films of amorphous silicon oxynitride(alfa-SiOxNy:H) were deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) at 320 ºC. In the deposition process a mixture of nitrous oxide (N2O) and silane (SiH4) was used, varying their flow ratio (Re= N2O/SiH4) in an interval of 0,25 Re 5,00. Films with different chemical composition were obtained, being O-rich (65 at.%) for Re 2,00 and Si-rich (44 at.%) for Re 1,50. The Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) was used to determine the atomic content of the films. The RBS data showed a decrease of the oxygen content while the Si and N contents increase with the decrease of Re. The films morphology was studied by Small Angle X-ray scattering (SAXS), Transmission Electron Microscopy (TEM) and density measurements by the flotation method. The SAXS data revealed the presence of scattering centers with mean radius from 10 Ã to 100 Ã. The TEM data showed the presence of spherical clusters dispersed in a matrix of the same atomic species. The concentration of pores in the material is less than 10% and decreases with the increase of oxygen content. The local atomic structure and chemical bonds were investigated by X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES), Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). A model of interatomic potential was developed to simulate the atomic structure of the amorphous silicon oxynitride in order to be compared with the experimental data. The computer simulations were performed by the Monte Carlo (MC) Metropolis method. The structural analysis of the O-rich samples, obtained by both experimental and theoretical simulations (obtained by MC), showed that the basic structure of the network is tetrahedral, being Si the central atom connected by O and N. The experimental results of the Si-rich samples indicate the formation of Si aggregates, embedded in a Si-O-N matrix. Annealing in vacuum, at temperatures between 550 e 1000 ºC, promoted hydrogen effusion and segregation of different phases.

Foram estudados filmes de oxinitreto de silício obtidos por PECVD à 320°C, a partir da mistura gasosa de N2O+SiH4+He, com diferentes valores de pressão e potência de deposição com o objetivo de produzir boa qualidade de interface deste material com o Si e de obter uma baixa densidade de carga efetiva visando a aplicação desses filmes em dispositivos semicondutores MOS. Os resultados mostraram que com uma pressão de deposição de 0,160 mbar e potências menores que 125 W/cm2 é possível obter um valor de densidade de estados de interface (Dit) de 4x1010 eV-1.cm-2, campo elétrico de ruptura (Ebd) de 13 MV/cm, valores comparáveis ao SiO2 térmico e uma densidade de carga efetiva (Nss) de 4x1011 cm-2. Segundo resultados experimentais esse valor de Nss é o mínimo possível que se pode atingir com a limpeza química utilizada em nosso laboratório. Pode-se dizer que estes são resultados bastante interessantes considerando que se trata de um material obtido por PECVD à baixa temperatura, porém viável para aplicação em dispositivos MOS. Iniciando os estudos com dielétricos de maiores valores de constante dielétrica optamos por estudar filmes de TiOx (k=40-100), obtidos por sputtering reativo, a partir da mistura gasosa de Ar+O2 e utilizando alvo de Ti. Foram fabricados capacitores MOS com estes filmes e obteve-se valores de constante dielétrica que variaram de 40-160. Porém esses materiais ainda apresentavam valores apreciáveis de corrente de fuga que foram minimizadas em ordens de grandeza quando utilizados dielétricos de dupla camada com SiO2 ou SiOxNy (otimizado neste trabalho) na interface, além de se observar uma melhora significativa da qualidade de interface. Utilizando dupla camada dielétrica com filmes de SiOxNy e SiO2, ainda espessos (³ 1nm) para camada intermediária, obteve-se uma constante dielétrica efetiva em torno de 20. Vale ressaltar que os dois filmes SiOxNy e TiOx, conseqüentemente a dupla camada, foram fabricados a baixas temperaturas. / Silicon oxynitride films obtained by the PECVD technique from N2O+SiH4+He gaseous mixtures, at 320°C, with different deposition pressure and RF power were studied intending to improve the interface quality with Si, decreasing the effective charge density and the interface state density in order to utilize them in MOS semiconductor devices. The results showed that with a deposition pressure of 0.160 mbar and a RF power density lower than 125 W/cm2 it is possible to obtain interface state density (Dit) values of 4x1010 eV-1.cm-2, Electrical Breakdown (Ebd) of 13 MV/cm, comparable with the obtained for thermally grown SiO2 , and an effective charge density (Nss) of 4x1011 cm-2. According with experimental results this Nss value is the minimum attainable with our chemical cleaning process. In this way it can be said that these results are very promising, considering that these materials were obtained by PECVD at low temperatures, but still viable for MOS devices application. In order to initiate studies with high dielectrics constant material, TiOx films (k= 40-180), obtained by reactive sputtering through the Ar+O2 gaseous mixture utilizing a Ti target, were chosen. MOS capacitors with these films were fabricated and dielectric constant values varying from 40 to 160 were obtained. However, until now, these materials have presented appreciable leakage current values, which were, minimize by orders of magnitude with the addition of a thin SiO2 or SiOxNy (optimized in this work) layer at the interface were utilized. This thin layer also resulted in a significant improvement of the interface quality. Utilizing double dielectric layer with SiOxNy or SiO2, still thick (³ 1nm) as intermediate layer a dielectric constant value of 20 was obtained. Its important to mention that the SiOxNy and TiOx films, and consequently the double layer, were deposited at low temperatures.

Foram estudados filmes de oxinitreto de silício obtidos por PECVD à 320°C, a partir da mistura gasosa de N2O+SiH4+He, com diferentes valores de pressão e potência de deposição com o objetivo de produzir boa qualidade de interface deste material com o Si e de obter uma baixa densidade de carga efetiva visando a aplicação desses filmes em dispositivos semicondutores MOS. Os resultados mostraram que com uma pressão de deposição de 0,160 mbar e potências menores que 125 W/cm2 é possível obter um valor de densidade de estados de interface (Dit) de 4x1010 eV-1.cm-2, campo elétrico de ruptura (Ebd) de 13 MV/cm, valores comparáveis ao SiO2 térmico e uma densidade de carga efetiva (Nss) de 4x1011 cm-2. Segundo resultados experimentais esse valor de Nss é o mínimo possível que se pode atingir com a limpeza química utilizada em nosso laboratório. Pode-se dizer que estes são resultados bastante interessantes considerando que se trata de um material obtido por PECVD à baixa temperatura, porém viável para aplicação em dispositivos MOS. Iniciando os estudos com dielétricos de maiores valores de constante dielétrica optamos por estudar filmes de TiOx (k=40-100), obtidos por sputtering reativo, a partir da mistura gasosa de Ar+O2 e utilizando alvo de Ti. Foram fabricados capacitores MOS com estes filmes e obteve-se valores de constante dielétrica que variaram de 40-160. Porém esses materiais ainda apresentavam valores apreciáveis de corrente de fuga que foram minimizadas em ordens de grandeza quando utilizados dielétricos de dupla camada com SiO2 ou SiOxNy (otimizado neste trabalho) na interface, além de se observar uma melhora significativa da qualidade de interface. Utilizando dupla camada dielétrica com filmes de SiOxNy e SiO2, ainda espessos (³ 1nm) para camada intermediária, obteve-se uma constante dielétrica efetiva em torno de 20. Vale ressaltar que os dois filmes SiOxNy e TiOx, conseqüentemente a dupla camada, foram fabricados a baixas temperaturas. / Silicon oxynitride films obtained by the PECVD technique from N2O+SiH4+He gaseous mixtures, at 320°C, with different deposition pressure and RF power were studied intending to improve the interface quality with Si, decreasing the effective charge density and the interface state density in order to utilize them in MOS semiconductor devices. The results showed that with a deposition pressure of 0.160 mbar and a RF power density lower than 125 W/cm2 it is possible to obtain interface state density (Dit) values of 4x1010 eV-1.cm-2, Electrical Breakdown (Ebd) of 13 MV/cm, comparable with the obtained for thermally grown SiO2 , and an effective charge density (Nss) of 4x1011 cm-2. According with experimental results this Nss value is the minimum attainable with our chemical cleaning process. In this way it can be said that these results are very promising, considering that these materials were obtained by PECVD at low temperatures, but still viable for MOS devices application. In order to initiate studies with high dielectrics constant material, TiOx films (k= 40-180), obtained by reactive sputtering through the Ar+O2 gaseous mixture utilizing a Ti target, were chosen. MOS capacitors with these films were fabricated and dielectric constant values varying from 40 to 160 were obtained. However, until now, these materials have presented appreciable leakage current values, which were, minimize by orders of magnitude with the addition of a thin SiO2 or SiOxNy (optimized in this work) layer at the interface were utilized. This thin layer also resulted in a significant improvement of the interface quality. Utilizing double dielectric layer with SiOxNy or SiO2, still thick (³ 1nm) as intermediate layer a dielectric constant value of 20 was obtained. Its important to mention that the SiOxNy and TiOx films, and consequently the double layer, were deposited at low temperatures.

Neste trabalho, filmes amorfos de oxinitreto de silício (alfa-SiO IND.XN IND.Y:H) foram crescidos pelo processo de Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) a temperatura da 320ºC. No processo de deposição foi utilizada a mistura dos gases óxido nitroso (N IND.2O) e silano (SiH IND.4), variando-se a razão entre os seus fluxos (Re= N2O/SiH4) num intervalo de 0,25 Re 5,00. Foram obtidos filmes com diferentes composições químicas, sendo ricos em O (65 at.%) para Re 2,00 e ricos em Si (44 at. %) para Re 1,50. A técnica de Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) foi utilizada para determinar a composição química dos filmes. Os dados de RBS mostram um decréscimo da quantidade de O, enquanto que as quantidades de Si e N aumentam com o decréscimo de Re. A morfologia dos filmes foi estudada por Small Angell X-ray scattering (SAXS), Transmissio Electron Microscopy (TEM) e medida de densidade pelo método de flutuação. Os dados de SAXS revelam a presença de centros espalhadores com raio médio que varia de 10 Ã a 100 Ã. Os resultados de TEM mostram a presença de aglomerados esféricos dispersos numa matriz de mesmas espécies atômicas. A concentração de poros nos filmes é inferior a 10% e diminui com o aumento do conteúdo de oxigênio. Tanto a estrutura de ordem local quanto as ligações químicas foram investigadas pelas técnicas de X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES), Extented X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) e Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). foi desenvolvido um potencial modelo de interação para simular a estrutura atômica do oxinitreto de silício amorfo e compará-la com os dados experimentais. As simulações computacionais foram realizadas utilizando o método de Monte Carlo (MC)-Metropolis. A análise estrutural das amostras ricas em O, tanto do ponto de vista experimental quanto teórico (obtidos por MC), mostram que a estrutura básica da rede é um tetraedro, onde o átomo central é o Si conectado por O e N. Os resultados experimentais das amostras ricas em si, apontam para a formação de agregados de Si, embebidos dentro de uma matriz de Si-O-N. Tratamentos térmicos a vácuo em temperaturas entre 550 e 1000 ºC promovem a efusão de hidrogênio e segregação de diferentes fases. / In this work, thin films of amorphous silicon oxynitride(alfa-SiOxNy:H) were deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) at 320 ºC. In the deposition process a mixture of nitrous oxide (N2O) and silane (SiH4) was used, varying their flow ratio (Re= N2O/SiH4) in an interval of 0,25 Re 5,00. Films with different chemical composition were obtained, being O-rich (65 at.%) for Re 2,00 and Si-rich (44 at.%) for Re 1,50. The Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) was used to determine the atomic content of the films. The RBS data showed a decrease of the oxygen content while the Si and N contents increase with the decrease of Re. The films morphology was studied by Small Angle X-ray scattering (SAXS), Transmission Electron Microscopy (TEM) and density measurements by the flotation method. The SAXS data revealed the presence of scattering centers with mean radius from 10 Ã to 100 Ã. The TEM data showed the presence of spherical clusters dispersed in a matrix of the same atomic species. The concentration of pores in the material is less than 10% and decreases with the increase of oxygen content. The local atomic structure and chemical bonds were investigated by X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES), Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). A model of interatomic potential was developed to simulate the atomic structure of the amorphous silicon oxynitride in order to be compared with the experimental data. The computer simulations were performed by the Monte Carlo (MC) Metropolis method. The structural analysis of the O-rich samples, obtained by both experimental and theoretical simulations (obtained by MC), showed that the basic structure of the network is tetrahedral, being Si the central atom connected by O and N. The experimental results of the Si-rich samples indicate the formation of Si aggregates, embedded in a Si-O-N matrix. Annealing in vacuum, at temperatures between 550 e 1000 ºC, promoted hydrogen effusion and segregation of different phases.

L’ouverture du marché de l’aéronautique civil aux matériaux composites à matrice céramique impose le développement de nouveaux procédés d’élaboration compatibles avec les cadences de production et les coûts de fabrication du secteur.À cette fin, des travaux expérimentaux ont été menés pour élaborer une matrice à base d’oxynitrure de silicium (Si2N2O) par procédé SHS, ou synthèse par combustion, à partir d’un mélange de poudres réactives.L’oxynitrure de silicium est une céramique thermostructurale prometteuse, caractérisée par de bonnes propriétés mécaniques, mais également par une résistance à l’oxydation supérieure à celle du carbure de silicium.Le procédé SHS est un procédé d’élaboration rapide dont le moteur est une réaction chimique suffisamment exothermique pour s’entretenir sans apport d’énergie extérieur.Les poudres sont préalablement broyées, mises en suspension, puis imprégnées dans une préforme fibreuse composée de fibres en carbure de silicium de dernière génération (Hi-Nicalon S). La réaction SHS est ensuite réalisée dans un réacteur spécialement conçu et dédié à cette étude.Une attention particulière a été portée sur l’optimisation des paramètres d’élaboration pour la synthèse d’une matrice à base Si2N2O. La synthèse s’effectue par la nitruration sous pression d’un mélange dans les bonnes proportions d’une poudre de silicium et d’une poudre de silice. La réaction chimique s’amorce à la température de fusion du silicium. La pression d’élaboration et la vitesse de montée en température constituent les paramètres principaux régissant la composition et la microstructure de la matrice. Ces paramètres ont fait l’objet d’une étude expérimentale approfondie pour parvenir à une matrice homogène, composée à plus de 90% d’oxynitrure de silicium et assurant un taux de porosité résiduelle du composite inférieur à 10%. Ce travail a été complété par le calcul des propriétés élastoplastiques de la matrice, par la caractérisation mécanique à l’échelle du composite, et par un test de vieillissement en température sous air humide. / The opening of the civil aviation market to ceramic matrix composite materials requires the development of new methods of producing compatible with the production rates and manufacturing costs of the sector.For this purpose, experimental work was conducted to develop a silicon oxynitride matrix (Si2N2O) by combustion synthesis (or SHS), from reactive powders. In recent years, Si2N2O has emerged as a promising new high-temperature ceramic material, characterized by not only good mechanical properties, but also by a higher oxidation resistance than silicon carbide. The underlying basis of SHS relies on the ability of highly exothermic reactions to be self-sustaining and, therefore, energetically efficient. Powders are first milled, dispersed and stabilized in aqueous media, and then impregnated into a fibrous preform composed of the latest generation of silicon carbide fibers (Hi-Nicalon S). SHS reaction is then carried out in a reactor specially designed and dedicated to this study. Particular attention was focused on the optimization of experimental parameters for the synthesis of a Si2N2O based matrix. Silicon metal in a mixture with silica powder was combusted under pressurized nitrogen gas into silicon oxynitride. The pressure and the temperature rise rate were the principal parameters for the composition and microstructure of the matrix. These parameters have been the subject of extensive experimental work to reach a homogeneous matrix with a very high formation rate for silicon oxynitride (more than 90wt%) and with a level of residual porosity lower than 10%. This work was completed by the calculation of the physical properties of the matrix, by the mechanical characterization of the composite material, and finally by a temperature aging test under moist air.