The structure and electronic bonding in the spinel SiAlON (Si6−zAlzOzN8−z,z=1) derived from the cubic c-Si3N4 are studied by a first-principles density functional method. Al prefers the octahedral site of the spinel lattice. The small energy difference between the four possible structural configurations indicates that the real SiAlON may be a random solid solution. The lowest energy configuration of c-Si5AlON7 is a semiconductor with a direct LDA band gap of 2.29 eV.

1.
Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 287, (1993), special issue on silicon nitride ceramics edited by I. W. Chen, P. F. Becher, M. Mitomo, G. Petzow, and T.-S. Yen.
2.
Silicon Nitrides 93, edited by M. J. Hoffmann, P. F. Becher, and G. Petzow. (Trans. Tech., Switzerland, 1994);
W.-Y.
Ching
,
S.-D.
Mo
,
I.
Tanaka
, and
M.
Yoshiya
,
Phys. Rev. B
63
,
064102
(
2001
).
3.
T.
Ekström
and
M.
Nygren
,
J. Am. Ceram. Soc.
75
,
259
(
1992
).
4.
L. L. K.
Falk
,
Z.-J.
Shen
, and
T.
Ekström
,
J. Eur. Ceram. Soc.
17
,
1099
(
1997
).
5.
X.
Jiang
,
Y.-K.
Baek
,
S.-M
Lee
, and
S-J. L.
Kang
,
J. Am. Ceram. Soc.
81
,
1907
(
1998
).
6.
M. E.
Bowden
,
G. C.
Barris
, and
I. W. M.
Brown
,
J. Am. Ceram. Soc.
81
,
2188
(
1998
).
7.
A.
Zerr
,
G.
Miege
,
G.
Serghiou
,
M.
Schwarz
,
E.
Kroke
,
R.
Riedel
,
H.
Fuess
,
P.
Kroll
, and
R.
Boehler
,
Nature (London)
400
,
340
(
1999
).
8.
T.
Sekine
,
H.
He
,
T.
Kobayashi
,
M.
Zhang
, and
F.
Xu
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3706
(
2000
).
9.
J. Z.
Jiang
K.
Stahl
,
R. W.
Berg
,
D. J.
Frost
,
T. J.
Zhou
and
P. X.
Shi
,
Europhys. Lett.
51
,
62
(
2000
).
10.
K.
Leinenweber
,
M.
O’Keefe
,
M. S.
Somayazulu
,
H.
Hubert
,
P. F.
McMillan
, and
G. H.
Wolf
,
Chem.-Eur. J.
5
,
3076
(
1999
).
11.
G.
Serghiou
,
G.
Miehe
,
O.
Tschauner
,
A.
Zerr
, and
R.
Boehler
,
J. Chem. Phys.
111
,
4659
(
1999
).
12.
I.
Tanaka
,
T.
Mizoguchi
,
T.
Sekine
,
H.
He
,
K.
Kimoto
,
T.
Kobayashi
,
S.-D.
Mo
, and
W. Y.
Ching
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
2134
(
2001
).
13.
E.
Soignard
,
M.
Somayazulu
,
J.
Dong
,
O. F.
Sankey
, and
P. F.
McMillan
,
J. Phys.: Condens. Matter
13
,
557
(
2001
).
14.
M.
Shemkunas
,
W. T.
Petuskey
, and
G. H.
Wolf
,
J. Am. Ceram. Soc.
85
,
101
(
2002
).
15.
S.-D.
Mo
,
L.
Ouyang
,
W. Y.
Ching
,
I.
Tanaka
,
Y.
Koyama
, and
R.
Riedel
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
5046
(
1999
).
16.
J. E.
Lowther
,
Phys. Rev. B
60
,
11943
(
1999
).
17.
W. Y.
Ching
,
S.-D.
Mo
,
L.
Ouyang
,
I.
Tanaka
, and
M.
Yoshiya
,
Phys. Rev. B
63
,
064102
(
2001
).
18.
W. Y.
Ching
,
S.-D.
Mo
,
L.
Ouyang
,
I.
Tanaka
, and
M.
Yoshiya
,
Phys. Rev. B
61
,
10609
(
2000
).
19.
W. Y.
Ching
,
S.-D.
Mo
, and
L.
Ouyang
,
Phys. Rev. B
63
,
245110
(
2001
).
20.
W. Y.
Ching
,
S.-D.
Mo
,
Y.
Chen
, and
P.
Rulis
,
J. Am. Ceram. Soc.
85
,
75
(
2002
).
21.
T.
Sekine
,
H.
He
,
T.
Kobayashi
,
M.
Tansho
, and
K.
Kimoto
,
Chem. Phys. Lett.
344
,
295
(
2001
).
22.
M.
Schwarz
,
A.
Zerr
,
E.
Kroke
,
G.
Miehe
,
I.-W.
Chen
,
M.
Heck
,
B.
Thybusch
,
B. T.
Poe
, and
R.
Riedel
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
41
,
789
(
2002
).
23.
W. Y.
Ching
,
L.
Ouyang
, and
J.
Gale
,
Phys. Rev. B
61
,
8696
(
2000
).
24.
L.
Ouyang
and
W. Y.
Ching
,
J. Am. Ceram. Soc.
84
,
801
(
2001
).
25.
W. Y.
Ching
,
J. Am. Ceram. Soc.
73
,
3135
(
1990
).
26.
Y.-N.
Xu
and
W. Y.
Ching
,
Phys. Rev. B
51
,
17379
(
1991
).
27.
W. Y.
Ching
,
M.-Z.
Huang
, and
S.-D.
Mo
,
J. Am. Ceram. Soc.
83
,
780
(
2000
).
28.
R. S.
Mulliken
,
J. Am. Chem. Soc.
23
,
1833
(
1955
);
R. S.
Mulliken
,
J. Am. Chem. Soc.
23
,
1841
(
1955
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.