Диоксид гафния - Hafnium dioxide

Диоксид гафния
Структура оксида гафния (IV)
Оксид гафния (IV)
Имена
Название ИЮПАК
Оксид гафния (IV)
Другие имена
Диоксид гафния
Гафния
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.031.818 Отредактируйте это в Викиданных
UNII
Характеристики
HfO2
Молярная масса210,49 г / моль
Внешностьне совсем белый порошок
Плотность9,68 г / см3, твердый
Температура плавления 2758 ° С (4996 ° F, 3031 К)
Точка кипения 5400 ° С (9750 ° F, 5670 К)
нерастворимый
−23.0·10−6 см3/ моль
Опасности
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Другой катионы
Оксид титана (IV)
Оксид циркония (IV)
Родственные соединения
Нитрид гафния
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Оксид гафния (IV) это неорганическое соединение с формула HfO
2. Также известный как гафния, это бесцветное твердое вещество является одним из наиболее распространенных и стабильных соединений гафний. Это электрический изолятор с запрещенная зона от 5,3 до 5,7 эВ.[1] Диоксид гафния является промежуточным звеном в некоторых процессах, при которых образуется металлический гафний.

Оксид гафния (IV) достаточно инертен. Реагирует сильным кислоты такие как концентрированный серная кислота и с сильным базы. Он медленно растворяется в плавиковая кислота дать фторгафнат-анионы. При повышенных температурах реагирует с хлор в присутствии графит или же четыреххлористый углерод давать тетрахлорид гафния.

Структура

Гафния обычно имеет ту же структуру, что и цирконий (ZrO2). В отличие от TiO2, который содержит шестикоординированный Ti во всех фазах, диоксид циркония и гафний состоят из семи координат металлических центров. Экспериментально наблюдались различные другие кристаллические фазы, в том числе кубическая флюорит (Fm3м), тетрагональная (P42/ nmc), моноклинный (P21/ c) и ромбической (Pbca и Pnma).[2] Также известно, что гафния может принимать две другие орторомбические метастабильные фазы (пространственная группа Pca21 и Pmn21) в широком диапазоне давлений и температур,[3] предположительно являются источниками сегнетоэлектричества, наблюдаемого в тонких пленках гафнии.[4]

Тонкие пленки оксидов гафния, нанесенные методом осаждение атомного слоя обычно кристаллические. Потому что полупроводник 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 оптические покрытия, и как диэлектрик с высоким κ в DRAM конденсаторы и в продвинутом металл-оксид-полупроводник устройств.[6] Оксиды на основе гафния были введены Intel в 2007 году в качестве замены оксид кремния в качестве изолятора ворот в полевые транзисторы.[7] Преимуществом транзисторов является их высокая диэлектрическая постоянная: диэлектрическая проницаемость HfO2 в 4–6 раз выше, чем у SiO2.[8] Диэлектрическая проницаемость и другие свойства зависят от метода нанесения, состава и микроструктуры материала.

Оксид гафния (а также легированный оксид гафния с дефицитом кислорода) вызывает дополнительный интерес как возможный кандидат на резистивно-коммутируемую память.[9] и CMOS-совместимые сегнетоэлектрические полевые транзисторы (FeFET память ) и микросхемы памяти.[10][11][12][13]

Из-за его очень высокой температурой плавления, гафний также используются в качестве огнеупорного материала в изоляции таких устройств, как термопары, где он может работать при температуре до 2500 ° C.[14]

Многослойные пленки из диоксида гафния, кремнезема и других материалов были разработаны для использования в пассивное охлаждение зданий. Пленки отражают солнечный свет и излучают тепло на длинах волн, проходящих через атмосферу Земли, и могут иметь температуру на несколько градусов ниже, чем окружающие материалы при тех же условиях.[15]

Рекомендации

  1. ^ Берш, Эрик; и другие. (2008). "Смещение полос сверхтонких пленок оксида high-k с Si". Phys. Ред. B. 78 (8): 085114. Bibcode:2008ПхРвБ..78х5114Б. Дои:10.1103 / PhysRevB.78.085114.
  2. ^ 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. Дои:10.1063/1.4757907.
  3. ^ Т. Д. Хуан; В. Шарма; Г. А. Россетти, мл .; Р. Рампрасад (2014). «Пути к сегнетоэлектричеству в гафнии». Физический обзор B. 90 (6): 064111. arXiv:1407.1008. Bibcode:2014PhRvB..90f4111H. Дои:10.1103 / PhysRevB.90.064111.
  4. ^ Т. С. Боске (2011). «Сегнетоэлектричество в тонких пленках оксида гафния». Письма по прикладной физике. 99 (10): 102903. Bibcode:2011ApPhL..99j2903B. Дои:10.1063/1.3634052.
  5. ^ J.H. Чой; и другие. (2011). «Разработка материалов high-k на основе гафния - обзор». Материаловедение и инженерия: R. 72 (6): 97–136. Дои:10.1016 / j.mser.2010.12.001.
  6. ^ Х. Чжу; C. Tang; Л. Р. К. Фонсека; Р. Рампрасад (2012). «Недавний прогресс в ab initio моделирования стеков затворов на основе гафнии». Журнал материаловедения. 47 (21): 7399–7416. Bibcode:2012JMatS..47.7399Z. Дои:10.1007 / s10853-012-6568-у.
  7. ^ Intel (11 ноября 2007 г.). «Фундаментальный прогресс Intel в конструкции транзисторов расширяет закон Мура, вычислительная производительность».
  8. ^ 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 .... 89,5243 Вт. Дои:10.1063/1.1361065.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь), Таблица 1
  9. ^ 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 ... 109х4104Л. Дои:10.1063/1.3567915.
  10. ^ Имек (7 июня 2017 г.). «Imec демонстрирует прорыв в области сегнетоэлектрической памяти, совместимой с CMOS».
  11. ^ Компания «Сегнетоэлектрическая память» (8 июня 2017 г.). «Первая в мире демонстрация 3D NAND на основе FeFET».
  12. ^ Т. С. Бёске, Й. Мюллер, Д. Бройхаус (7 декабря 2011 г.). «Сегнетоэлектричество в оксиде гафния: КМОП-совместимые сегнетоэлектрические полевые транзисторы». Международная конференция по электронным устройствам, 2011 г.. IEEE: 24.5.1–24.5.4. Дои:10.1109 / IEDM.2011.6131606. ISBN  978-1-4577-0505-2.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  13. ^ Ниволь Анер (август 2018 г.). Mit HFO2 voll CMOS-компатибель (на немецком). Elektronik Industrie.
  14. ^ Экзотические термопары для очень высоких температур Данные продукта, Omega Engineering, Inc., получено 3 декабря 2008 г.
  15. ^ "Аасват Раман | Новаторы до 35 лет | Обзор технологий MIT". Август 2015 г.. Получено 2015-09-02.