Оксид гафния (IV) представляет собой неорганическое соединение с формулой HfO
2. Это бесцветное твердое вещество, также известное как диоксид гафния или гафния , является одним из наиболее распространенных и стабильных соединений гафния . Это электрический изолятор с шириной запрещенной зоны 5,3 ~ 5,7 эВ . [1] Диоксид гафния является промежуточным звеном в некоторых процессах, при которых образуется металлический гафний.
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК Оксид гафния (IV) | |
Другие названия Двуокись гафния Hafnia | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.031.818 |
PubChem CID | |
UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Характеристики | |
HfO 2 | |
Молярная масса | 210,49 г / моль |
Появление | не совсем белый порошок |
Плотность | 9,68 г / см 3 , твердый |
Температура плавления | 2758 ° С (4996 ° F, 3031 К) |
Точка кипения | 5400 ° С (9750 ° F, 5670 К) |
нерастворимый | |
−23,0 · 10 −6 см 3 / моль | |
Опасности | |
точка возгорания | Не воспламеняется |
Родственные соединения | |
Другие катионы | Оксид титана (IV) Оксид циркония (IV) |
Родственные соединения | Нитрид гафния |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Оксид гафния (IV) достаточно инертен. Он реагирует с сильными кислотами, такими как концентрированная серная кислота, и с сильными основаниями . Он медленно растворяется в плавиковой кислоте с образованием анионов фторгафната. При повышенных температурах он реагирует с хлором в присутствии графита или четыреххлористого углерода с образованием тетрахлорида гафния .
Состав
Гафния обычно имеет ту же структуру, что и диоксид циркония (ZrO 2 ). В отличие от TiO 2 , который содержит шестикоординированный Ti во всех фазах, диоксид циркония и гафния состоят из семи-координатных металлических центров. Экспериментально наблюдалось множество других кристаллических фаз, включая кубический флюорит (Fm 3 m), тетрагональную (P4 2 / nmc), моноклинную (P2 1 / c) и орторомбическую (Pbca и Pnma). [2] Также известно, что гафния может принимать две другие орторомбические метастабильные фазы (пространственная группа Pca2 1 и Pmn2 1 ) в широком диапазоне давлений и температур, [3] предположительно являясь источниками сегнетоэлектричества, наблюдаемого в тонких пленках гафния. . [4]
Тонкие пленки оксидов гафния, осажденные методом атомно-слоистого осаждения , обычно являются кристаллическими. Поскольку полупроводниковые устройства выигрывают от наличия аморфных пленок, исследователи легировали оксид гафния алюминием или кремнием (образуя силикаты гафния ), которые имеют более высокую температуру кристаллизации, чем оксид гафния. [5]
Приложения
Гафния используется в оптических покрытиях , а также в качестве диэлектрика с высоким κ в конденсаторах DRAM и в современных металлооксидных полупроводниковых устройствах. [6] Оксиды на основе гафния были введены Intel в 2007 году в качестве замены оксида кремния в качестве изолятора затвора в полевых транзисторах . [7] Преимуществом транзисторов является их высокая диэлектрическая проницаемость : диэлектрическая проницаемость HfO 2 в 4–6 раз выше, чем у SiO 2 . [8] Диэлектрическая проницаемость и другие свойства зависят от метода осаждения, состава и микроструктуры материала.
Оксид гафния (а также легированный оксид гафния с недостатком кислорода) вызывает дополнительный интерес как возможный кандидат на резистивно-переключающую память [9], КМОП-совместимых сегнетоэлектрических полевых транзисторов ( память FeFET ) и микросхем памяти. [10] [11] [12] [13]
Из-за очень высокой температуры плавления гафния также используется в качестве огнеупорного материала для изоляции таких устройств, как термопары , где он может работать при температурах до 2500 ° C. [14]
Многослойные пленки из диоксида гафния, кремнезема и других материалов были разработаны для использования в пассивном охлаждении зданий. Пленки отражают солнечный свет и излучают тепло на длинах волн, которые проходят через атмосферу Земли, и могут иметь температуру на несколько градусов ниже, чем окружающие материалы при тех же условиях. [15]
Рекомендации
- ^ Берш, Эрик; и другие. (2008). "Смещение полос сверхтонких пленок оксида high-k с Si". Phys. Rev. B . 78 (8): 085114. Полномочный код : 2008PhRvB..78h5114B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.78.085114 .
- ^ Таблица III, В. Мииккулайнен; и другие. (2013). «Кристалличность неорганических пленок, выращенных осаждением атомных слоев: обзор и общие тенденции». Журнал прикладной физики . 113 (2): 021301–021301–101. Bibcode : 2013JAP ... 113b1301M . DOI : 10.1063 / 1.4757907 .
- ^ TD Huan; В. Шарма; Г. А. Россетти, мл .; Р. Рампрасад (2014). «Пути к сегнетоэлектричеству в гафнии». Physical Review B . 90 (6): 064111. arXiv : 1407.1008 . Bibcode : 2014PhRvB..90f4111H . DOI : 10.1103 / PhysRevB.90.064111 .
- ^ ТС Боске (2011). «Сегнетоэлектричество в тонких пленках оксида гафния». Письма по прикладной физике . 99 (10): 102903. Bibcode : 2011ApPhL..99j2903B . DOI : 10.1063 / 1.3634052 .
- ^ JH Choi; и другие. (2011). «Разработка материалов high-k на основе гафния - обзор». Материалы Наука и техника: R . 72 (6): 97–136. DOI : 10.1016 / j.mser.2010.12.001 .
- ^ Х. Чжу; C. Tang; LRC Fonseca; Р. Рампрасад (2012). «Недавний прогресс в ab initio моделирования стеков затворов на основе гафнии». Журнал материаловедения . 47 (21): 7399–7416. Bibcode : 2012JMatS..47.7399Z . DOI : 10.1007 / s10853-012-6568-у .
- ^ Intel (11 ноября 2007 г.). «Фундаментальные достижения Intel в области проектирования транзисторов расширяют действие закона Мура о вычислительной производительности» .
- ^ Уилк Г.Д., Уоллес Р.М., Энтони Дж. М. (2001). «Диэлектрики затвора с высоким κ: современное состояние и соображения свойств материалов». Журнал прикладной физики . 89 (10): 5243–5275. Bibcode : 2001JAP .... 89.5243W . DOI : 10.1063 / 1.1361065 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ), Таблица 1
- ^ К.-Л. Линь; и другие. (2011). «Электродная зависимость образования филаментов в резистивно-коммутационной памяти HfO2». Журнал прикладной физики . 109 (8): 084104–084104–7. Bibcode : 2011JAP ... 109h4104L . DOI : 10.1063 / 1.3567915 .
- ^ Imec (7 июня 2017 г.). «Imec демонстрирует прорыв в области сегнетоэлектрической памяти, совместимой с CMOS» .
- ^ Компания «Сегнетоэлектрическая память» (8 июня 2017 г.). «Первая в мире демонстрация 3D NAND на основе FeFET» .
- ^ Т. С. Бёске, Й. Мюллер, Д. Бройхаус (7 декабря 2011 г.). «Сегнетоэлектричество в оксиде гафния: КМОП-совместимые сегнетоэлектрические полевые транзисторы». 2011 Международная конференция по электронным устройствам . IEEE: 24.5.1–24.5.4. DOI : 10.1109 / IEDM.2011.6131606 . ISBN 978-1-4577-0505-2.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Ниволь Анер (август 2018 г.). Mit HFO2 voll CMOS-kompatibel (на немецком языке). Elektronik Industrie.
- ^ Очень высокая температура Exotic Термопары данные продукта , Omega Engineering, Inc., извлекаться 2008-12-03
- ^ «Аасват Раман | Новаторы до 35 лет | Обзор технологий Массачусетского технологического института» . Август 2015 . Проверено 2 сентября 2015 .