Оксид гафния(IV)
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК
Оксид гафния(IV)
| |
| Другие имена
Диоксид гафния
Хафния | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.818 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| HfOHfO2 | |
| Молярная масса | 210.49 g/mol |
| Появление | не совсем белый порошок |
| Плотность | 9,68 г/см 3 , твердый |
| Температура плавления | 2758 ° C (4996 ° F; 3031 К) |
| Точка кипения | 5400 ° C (9750 ° F; 5670 К) |
| нерастворимый | |
| −23.0·10 −6 см 3 /моль | |
| Опасности | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Родственные соединения | |
Другие катионы
|
Оксид титана(IV) Оксид циркония(IV) |
Родственные соединения
|
Нитрид гафния |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Оксид гафния(IV) представляет собой неорганическое соединение формулы . 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 запрещенной зоной 5,3 ~ 5,7 эВ . [ 1 ] Диоксид гафния является промежуточным продуктом в некоторых процессах, в которых образуется металлический гафний.
Оксид гафния(IV) довольно инертен. Реагирует с сильными кислотами , такими как концентрированная серная кислота , и с сильными основаниями . Он медленно растворяется в плавиковой кислоте с образованием фторгафнат-анионов. При повышенных температурах он реагирует с хлором в присутствии графита или четыреххлористого углерода с образованием тетрахлорида гафния .
Структура
[ редактировать ]Гафния обычно имеет ту же структуру, что и диоксид циркония (ZrO 2 ). В отличие от TiO 2 , который во всех фазах содержит шестикоординационный Ti, диоксид циркония и гафния состоят из семикоординированных металлических центров. Экспериментально наблюдалось множество других кристаллических фаз, в том числе кубический флюорит (Fm 3 m), тетрагональный (P4 2 /nmc), моноклинный (P2 1 /c) и ромбический (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 являются источниками сегнетоэлектричества, наблюдаемого в тонких пленках гафния. [ 4 ]
Тонкие пленки оксидов гафния, нанесенные атомно-слоевым осаждением, обычно имеют кристаллическую форму. Поскольку наличие аморфных пленок выгодно для полупроводниковых устройств, исследователи сплавили оксид гафния с алюминием или кремнием (образуя силикаты гафния ), которые имеют более высокую температуру кристаллизации, чем оксид гафния. [ 5 ]
Приложения
[ редактировать ]Гафния используется в оптических покрытиях , а также в качестве диэлектрика с высоким κ в конденсаторах DRAM и в современных устройствах металл-оксид-полупроводник . [ 6 ] Оксиды на основе гафния были представлены компанией Intel в 2007 году в качестве замены оксида кремния в качестве изолятора затвора в полевых транзисторах . [ 7 ] Преимуществом транзисторов является высокая диэлектрическая проницаемость : диэлектрическая проницаемость HfO 2 в 4–6 раз выше, чем у SiO 2 . [ 8 ] Диэлектрическая проницаемость и другие свойства зависят от способа нанесения, состава и микроструктуры материала.
Оксид гафния (а также легированный и кислорододефицитный оксид гафния) вызывает дополнительный интерес как возможный кандидат в память с резистивным переключением. [ 9 ] и КМОП-совместимые сегнетоэлектрические полевые транзисторы ( память FeFET ) и микросхемы 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 она может работать при температуре до 2500 °C. [ 14 ]
разработаны многослойные пленки из диоксида гафния, кремнезема и других материалов Для использования в пассивном охлаждении 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 в тех же условиях. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Берш, Эрик; и др. (2008). «Смещение полос ультратонких пленок оксида high-k с кремнием». Физ. Преподобный Б. 78 (8): 085114. Бибкод : 2008PhRvB..78h5114B . дои : 10.1103/PhysRevB.78.085114 .
- ^ В. Мииккулайнен; и др. (2013). «Кристалличность неорганических пленок, выращенных атомно-слоевым осаждением: обзор и общие тенденции». Журнал прикладной физики . 113 (2). Таблица III. Бибкод : 2013JAP...113b1301M . дои : 10.1063/1.4757907 .
- ^ ТД Хуан; В. Шарма; Г. А. Россетти-младший; Р. Рампрасад (2014). «Пути к сегнетоэлектричеству в гафнии». Физический обзор B . 90 (6): 064111. arXiv : 1407.1008 . Бибкод : 2014PhRvB..90f4111H . doi : 10.1103/PhysRevB.90.064111 . S2CID 53347579 .
- ^ Т. С. Боске (2011). «Сегнетоэлектричество в тонких пленках оксида гафния». Письма по прикладной физике . 99 (10): 102903. Бибкод : 2011ApPhL..99j2903B . дои : 10.1063/1.3634052 .
- ^ Дж. Х. Чой; и др. (2011). «Разработка материалов high-k на основе гафния — обзор». Материаловедение и инженерия: Р. 72 (6): 97–136. дои : 10.1016/j.mser.2010.12.001 .
- ^ Х. Чжу; К. Тан; LRC Фонсека; Р. Рампрасад (2012). «Последний прогресс в первоначальном моделировании стеков ворот на основе гафнии». Журнал материаловедения . 47 (21): 7399–7416. Бибкод : 2012JMatS..47.7399Z . дои : 10.1007/s10853-012-6568-y . S2CID 7806254 .
- ^ Intel (11 ноября 2007 г.). «Фундаментальные достижения Intel в разработке транзисторов расширяют действие закона Мура и повышают производительность вычислений» .
- ^ Г.Д. Вилк; Р. М. Уоллес; Дж. М. Энтони (2001). «Диэлектрики с высоким κ затвором: современное состояние и соображения о свойствах материалов». Журнал прикладной физики . 89 (10): 5243–5275. Бибкод : 2001JAP....89.5243W . дои : 10.1063/1.1361065 . , Таблица 1
- ^ К.-Л. Лин; и др. (2011). «Электродная зависимость формирования нитей в памяти с резистивным переключением HfO2». Журнал прикладной физики . 109 (8): 084104–084104–7. Бибкод : 2011JAP...109h4104L . дои : 10.1063/1.3567915 .
- ^ Imec (7 июня 2017 г.). «Imec демонстрирует прорыв в области КМОП-совместимой сегнетоэлектрической памяти» .
- ^ Компания Ferroelectric Memory (8 июня 2017 г.). «Первая в мире демонстрация 3D NAND на основе FeFET» .
- ^ Т. С. Бёске; Дж. Мюллер; Д. Бройхаус (7 декабря 2011 г.). «Сегнетоэлектричество в оксиде гафния: КМОП-совместимые сегнетоэлектрические полевые транзисторы». 2011 Международная встреча по электронным устройствам . IEEE. стр. 24.5.1–24.5.4. дои : 10.1109/IEDM.2011.6131606 . ISBN 978-1-4577-0505-2 .
- ^ Ниволе Анер (август 2018 г.). Полностью CMOS-совместима с HFO2 (на немецком языке). Электронная промышленность.
- ^ экзотических термопарных зондов для сверхвысоких температур Данные о продукции для , Omega Engineering, Inc., получены 3 декабря 2008 г.
- ^ «Аасват Раман | Новаторы до 35 лет | Обзор технологий MIT» . Август 2015 года . Проверено 2 сентября 2015 г.