Oxid hafnium - Hafnium dioxide

Oxid hafnium
Struktura oxidu hafnia (IV)
Oxid hafnia (IV)
Jména
Název IUPAC
Oxid hafnia (IV)
Ostatní jména
Oxid hafnium
Hafnia
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChemSpider
Informační karta ECHA100.031.818 Upravte to na Wikidata
UNII
Vlastnosti
HfO2
Molární hmotnost210,49 g / mol
Vzhledtéměř bílý prášek
Hustota9,68 g / cm3, pevný
Bod tání 2758 ° C (4 996 ° F; 3031 K)
Bod varu 5 400 ° C (9 750 ° F; 5 670 K)
nerozpustný
−23.0·10−6 cm3/ mol
Nebezpečí
Bod vzplanutíNehořlavé
Související sloučeniny
jiný kationty
Oxid titaničitý
Oxid zirkoničitý
Související sloučeniny
Nitrid hafnia
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Oxid hafnia (IV) je anorganická sloučenina s vzorec HfO
2. Také známý jako hafnia, tato bezbarvá pevná látka je jednou z nejběžnějších a nejstabilnějších sloučenin hafnium. Jedná se o elektrický izolátor s a mezera v pásmu 5,3 ~ 5,7 eV.[1] Oxid hafnium je meziproduktem v některých procesech, které poskytují kov hafnia.

Oxid hafnia (IV) je docela inertní. Reaguje silně kyseliny jako koncentrovaný kyselina sírová a se silnými základny. Rozpouští se pomalu dovnitř kyselina fluorovodíková dát fluorohafnátové anionty. Při zvýšených teplotách reaguje s chlór v přítomnosti grafit nebo chlorid uhličitý dát chlorid hafnia.

Struktura

Hafnia obvykle přijímá stejnou strukturu jako zirkon (ZrO2). Na rozdíl od TiO2, který je vybaven šesti souřadnicemi Ti ve všech fázích, zirkony a hafnie se skládají ze sedmi souřadnicových kovových center. Experimentálně byla pozorována celá řada dalších krystalických fází, včetně kubických fluorit (Fm3m), čtyřúhelníkový (P42/ nmc), monoklinický (P21/ c) a ortorombické (Pbca a Pnma).[2] Je také známo, že hafnia může přijmout dvě další ortorombické metastabilní fáze (vesmírná skupina Pca21 a Pmn21) v širokém rozsahu tlaků a teplot,[3] pravděpodobně se jedná o zdroje feroelektřiny pozorované v tenkých vrstvách hafnie.[4]

Tenké vrstvy oxidů hafnia usazené ukládání atomové vrstvy jsou obvykle krystalické. Protože polovodič zařízení těží z přítomnosti amorfních filmů, vědci legovali oxid hafnia s hliníkem nebo křemíkem (tváření křemičitany hafnia ), které mají vyšší teplotu krystalizace než oxid hafnia.[5]

Aplikace

Hafnia se používá v optické povlaky a jako dielektrikum s vysokým κ v DOUŠEK kondenzátory a pokročilé polovodič oxidu kovu zařízení.[6] Oxidy na bázi hafnia byly zavedeny společností Intel v roce 2007 jako náhrada za oxid křemičitý jako izolátor brány v tranzistory s efektem pole.[7] Výhodou tranzistorů je jeho vysoká dielektrická konstanta: dielektrická konstanta HfO2 je 4–6krát vyšší než SiO2.[8] Dielektrická konstanta a další vlastnosti závisí na metodě depozice, složení a mikrostruktuře materiálu.

Oxid hafnia (stejně jako dopovaný kyslík s nedostatkem kysličníku hafnia) přitahuje další zájem jako možný kandidát na odporové spínací paměti[9] a tranzistory s efektem feroelektrického pole kompatibilní s CMOS (FeFET paměť ) a paměťové čipy.[10][11][12][13]

Díky své velmi vysoké teplotě tání se hafnia také používá jako žáruvzdorný materiál při izolaci takových zařízení, jako je termočlánky, kde může pracovat při teplotách až 2 500 ° C.[14]

Pro použití v USA byly vyvinuty vícevrstvé filmy z hafnium dioxidu, oxidu křemičitého a dalších materiálů pasivní chlazení budov. Filmy odrážejí sluneční světlo a vyzařují teplo na vlnových délkách, které procházejí zemskou atmosférou, a za stejných podmínek mohou mít teploty o několik stupňů nižší než okolní materiály.[15]

Reference

  1. ^ Bersch, Eric; et al. (2008). "Pásové vyrovnání ultratenkých vysoce oxidových filmů se Si". Phys. Rev. B. 78 (8): 085114. Bibcode:2008PhRvB..78h5114B. doi:10.1103 / PhysRevB.78.085114.
  2. ^ Tabulka III, V. Miikkulainen; et al. (2013). „Krystalinita anorganických filmů pěstovaných depozicí atomové vrstvy: Přehled a obecné trendy“. Journal of Applied Physics. 113 (2): 021301–021301–101. Bibcode:2013JAP ... 113b1301M. doi:10.1063/1.4757907.
  3. ^ T. D. Huan; V. Sharma; G. A. Rossetti, ml .; R. Ramprasad (2014). "Cesty k feroelektřině v hafnii". Fyzický přehled B. 90 (6): 064111. arXiv:1407.1008. Bibcode:2014PhRvB..90f4111H. doi:10.1103 / PhysRevB.90.064111.
  4. ^ T. S. Boscke (2011). "Ferroelektřina v tenkých vrstvách oxidu hafnia". Aplikovaná fyzikální písmena. 99 (10): 102903. Bibcode:2011ApPhL..99j2903B. doi:10.1063/1.3634052.
  5. ^ J.H. Choi; et al. (2011). „Vývoj vysoce kvalitních materiálů na bázi hafnia - přehled“. Věda o materiálech a inženýrství: R. 72 (6): 97–136. doi:10.1016 / j.mser.2010.12.001.
  6. ^ H. Zhu; C. Tang; L. R. C. Fonseca; R. Ramprasad (2012). "Nedávný pokrok v simulacích ab gateio stacků založených na hafnia". Journal of Materials Science. 47 (21): 7399–7416. Bibcode:2012JMatS..47.7399Z. doi:10,1007 / s10853-012-6568-r.
  7. ^ Intel (11. listopadu 2007). „Základní pokrok společnosti Intel v oblasti designu tranzistorů rozšiřuje Mooreův zákon, výpočetní výkon“.
  8. ^ Wilk G. D., Wallace R. M., Anthony J. M. (2001). „High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations“. Journal of Applied Physics. 89 (10): 5243–5275. Bibcode:2001JAP .... 89,5243 W.. doi:10.1063/1.1361065.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz), Stůl 1
  9. ^ K.-L. Lin; et al. (2011). "Závislost tvorby vláken na elektrodách v paměti HfO2 s odporovým přepínáním". Journal of Applied Physics. 109 (8): 084104–084104–7. Bibcode:2011JAP ... 109h4104L. doi:10.1063/1.3567915.
  10. ^ Imec (7. června 2017). „Společnost Imec předvádí průlom ve feroelektrické paměti kompatibilní s CMOS“.
  11. ^ Společnost pro feroelektrickou paměť (8. června 2017). „První demonstrace 3D NAND na bázi FeFET“.
  12. ^ T. S. Böscke, J. Müller, D. Bräuhaus (7. prosince 2011). „Feroelektřina v oxidu hafnia: tranzistory s efektem feroelektrického pole kompatibilní s CMOS“. 2011 International Electron Devices Meeting. IEEE: 24.5.1–24.5.4. doi:10.1109 / IEDM.2011.6131606. ISBN  978-1-4577-0505-2.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  13. ^ Nivole Ahner (srpen 2018). Mit HFO2 voll CMOS-kompatibilní (v němčině). Elektronik Industrie.
  14. ^ Exotické termočlánkové sondy velmi vysoké teploty údaje o výrobku, Omega Engineering, Inc., vyvoláno 3. prosince 2008
  15. ^ "Aaswath Raman | Inovátoři do 35 let | Recenze technologie MIT". Srpna 2015. Citováno 2015-09-02.