微电子是信息社会的基础，而半导体硅材料则是微电子的支柱。 硅中的氧、碳、氮的浓度及其形态对硅材料的电学性能和机械性能有着显著的影响，并进而影响到器件的电学特性和成品率，硅中的碳、氮、氧的行为及其相互作用的研究不仅对硅材料的实际应用具有指导意义，而且，在理论上对这一课题的深入研究，可以揭示几十年来人们对硅中热施主、新施主、氮关施主、氧沉淀的本质认识，并为材料科学中第二相的脱溶研究提供一个范例。 本文首先研究了红外光谱上氮峰、氮氧复合物伴生峰之间的强度关系，以及伴生峰强度与间隙氧浓度和氮浓度之间的关系，实验发现含氮CZ硅，氮峰NB的强度对应于氮峰NA和伴生峰NA₃的叠加，而不再是掺氮的FZ硅中NB与NA成线性关系，伴生峰NB₁与NA₁成线性关系，伴生峰NA₁与间隙氧浓度和氮浓度的乘积成正比，伴生峰NA₃与间隙氧浓度三次方和氮浓度的乘积成正比，文章在综合前人研究成果和新的实验事实的基础上，提出了硅中的碳氧复合物和氮氧复合物微观结构模型，指出硅中的碳氧复合物和氮氧复合物实际上是碳-硅-氧复合体和氮对-硅-氧复合体，根据与碳或氮直接相连的硅原子（键合硅原子）上所连接的氧原子数，可以将键合硅原子分为四种不同的振动中心（Si⁰、Si¹、Si²、Si³），不同振动中心的C-Si、N-Si键的伸缩振动和弯曲振动构成了红外光谱上与氮有关的七条吸收峰和与碳有关的五条吸收峰。 文章研究了含氮CZ硅的特殊的电学性能，实验发现，硅中的氮转化为氮对-硅-氧复合体时产生浅施主，这种氮关浅施主在450～1100℃的一个很宽的温度区间都能产生，热处理温度越低越有利于氮氧复合物的形成，氮关施主浓度也越大，而在低于450℃热处理时由于热施主的形成抑制氮关施主的产生，氮关施主的浓度也不高，研究还发现氮对与氮氧复合物相互转化时，每十个氮原子形成1～2个施主，而当氮与氧充分作用后，每十个氮原子形成5～6个施主，文章提出了氮关施主产生于氮对-硅-氧复合体与硅基体脱溶的初期的微观结构模型。 对新施主的进一步研究也表明，新施主在450～1100℃温度区间都能产生，而不是通常认为的600～800℃，新施主与氮关浅施主有很多相似之处，总体表现为新施主也与碳氧复合物密切相关，新施主的形成速度慢，低碳的CZ硅的尾部样品，新施主对样品电阻率的影响很小，而经过充分长时间的热处理后产生的新施主的浓度远远超过氮关施主，文章提出了类似于氮关浅施主的新施主的微观结构模型。 实验发现高碳样品中两种成核机制形成的氧沉淀，一种是高密度的大小在10～30nm的小的氧沉淀，碳原子参与了氧沉淀的成核和长大，红外光谱上1230cm^-1处无氧沉淀的吸收峰，一种是密度小的大小在100～300nm的大的氧沉淀，碳原子不参与氧沉淀的长大，红外光谱上1230cm^-1处有氧沉淀的吸收峰。热处理条件的改变可以使得某一种氧沉淀占优势。实验还发现不同的成核中心长大形成的氧沉淀的形貌也不同。 研究表明，高碳样品中的碳和含氮硅中的微量的氮对热施主有抑制作用，但氮抑制热施主的作用有限，氮对长时间热处理后形成的热施主浓度没有明显影响，文章对碳和氮抑制热施主的机理进行了探讨，并提出热施主是硅氧复合体基础上发展而成的热施主链，文章进一步提出了硅中的过饱和间隙氧存在着三种聚集机制，即，1)间隙氧与晶格硅作用形成硅氧四面体，硅氧四面体在一定的热处理条件下形成热施主链，在热施主链的基础上形成棒状氧沉淀的核，进一步形成均匀成核的氧沉淀。2)碳-硅四面体与间隙氧相互作用，形成碳-硅-氧复合体，这种复合体在脱溶的初期产生新施主，复合体完全脱溶后成为氧沉淀的异质成核中心。3)氮对-硅四面体与间隙氧相互作用，形成氮对-硅-氧复合体，它在脱溶的初期形成与氮有关的浅施主，并进而发展为以氮对为中心的异质成核的氧沉淀。这三种机制对间隙氧的争夺表现为三种机制的相互竞争，实验上表现为碳和氮对热施主的抑制作用，氮对新施主的抑制作用，碳和氮对氧沉淀的促进作用。