질화물(窒化物, Nitride)은 질소와 이것보다도 양성인 원소와의 화합물을 말한다. 희유 기체, 백금족 원소 및 금을 제외한 거의 모든 원소와 질소와의 화합물이 알려져 있다. 탄화물 등의 경우와 같이, 이온성 질화물(英 ionic nitride), 공유 결합성 질화물(英 covalent nitride) 및 틈새형 질화물(英 interstitial nitride)로 분류된다. N3⁻ 이온을 포함하는 화합물은 아지드화물이라고 불리고, 보통의 질화물과는 성질도 다르다.
질소화 이온(N³⁻ )과 양이온이 결합을 이룬 화합물. 질소화물이라고도 부른다. 아자이드화 납과 같은 아자이드화물은 아자이드화 이온(N₃⁻ )과 양이온의 화합물이므로 엄밀히 말해서 질화물이 아니다. 질화물은 세라믹의 일종이며 산화물을 제외한 세라믹 중에서 널리 쓰이는 부류에 속한다.
- 이온성 질화물
알칼리 금속, 알칼리 토금속의 질화물이 여기에 속한다. 일반식 Mⁱ₃N(MI=Li, Na, Cu 등). 녹는점이 높은 이온성 결정. 물과 반응하여 암모니아를 생성한다.
【제법】
- 원소간의 직접 반응.
- 금속 아미드의 열분해.
- 공유 결합성 질화물
수소 및 장주기형 주기표 우반분(右半分)(구리족 이하)의 원소의 질화물이 여기에 속한다. 일반적으로 원자가에 따른 조성을 가지지만, 인화합물 등의 경우에는 겉모양상 원자가가 만족되어 있지 않은 것도 있다. 공유 결합성의 분자로 구성되고 휘발성의 것과 공유 결합의 연쇄에 의해 생성되는 비휘발성의 고체가 있다.
【제법】
- 원소간의 직접 반응.
- 금속 할로겐 화합물과 암모니아의 반응.
- 기타 개개의 화합물의 항 참조.
- 틈새형 질화물
전이 원소의 질화물이 여기에 속한다. 조성은 반드시 원자가에 따르지는 않고, 또 화학식으로 나타낸 비율에서 다소의 차이가 생기는 경우가 있다. Sc, 희토류 원소, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, U 등 대부분의 것은 MN형의 질화물을 만들지만, MN2형(M은 Th, W 등), M2N형(M은 Mo, W, Fe 등), M3N2형(M은 Mn, Co, Ni 등)도 알려져 있다. 녹는점이 높은 단단한 금속상의 고체. 전도성을 가지고, 화학적으로 비활성. 질소 원자는 금속 원자의 틈새를 차지한다.
【제법】
- 금속을 질소 중 또는 암모니아 중에서 강열한다.
- 금속 염화물과 질소의 혼합물을 가열한 백금, 텅스텐, 탄소 등의 필라멘트 위에서 반응시킨다.
질화물 반도체[편집]
질화물 반도체(窒化物半導體)란, III-V족 반도체이며, V족 원소로 질소를 이용한 반도체이다. 질화 알루미늄(AIN), 질화 갈륨(GaN), 질화 인듐(InN)이 대표적이다. 질화 알루미늄은 절연체이지만, 같은 계열로 논의된다.
기존의 반도체에 비해 띠틈이 큰 와이드갭 반도체이며, 또한 갈륨, 인듐, 알루미늄의 농도를 변화시켜서, 띠틈을 크게 변화시킬 수 있다. 그렇기 때문에 가시광선 영역의 거의 대부분을 커버할 수 있어 발광재료로 유망시되고 있다.
그 외에도, 화학적으로 안정한 것, 물리적으로 단단한 것, 비소의 유독물질이 사용되지 않아서 환경적인 것 등 여러 특징을 가진다.
1990년대, 니치아 화학의 나카무라 슈우지에 의하여 GaN을 이용한 파란색 발광 다이오드가 제작되어, 질화물 품이라고 말해지는 사태가 발생되었다.
2004년에, 질화물 반도체는 매우 활발하게 연구되고 있어, 일본응용물리학회, 한국물리학회에서 질화물 반도체의 세션은 다른부분에 비해서 큰 비중을 차지한다.
- 질화 갈륨
- 질화 규소: 실리콘 소자의 절연막으로 사용된다. 산화공정 참고.
- 질화 붕소
- 질화 티타늄: 견고하며 내식성이 강하다. 반도체 공정에서 확산 방지막 용도로 사용되며, 전극으로도 활용된다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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