Оксид гафния(IV)
Оксид гафния(IV)
Структура оксида гафния(IV)
Структура оксида гафния(IV)
Оксид гафния(IV)
Оксид гафния(IV)
Имена
Название ИЮПАК
Оксид гафния(IV)
Другие имена
Диоксид гафния
Гафния
Идентификаторы
  • 12055-23-1 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ChemSpider
  • 258363 проверятьИ
Информационная карта ECHA100.031.818
Номер ЕС
  • 235-013-2
CID PubChem
  • 292779
УНИИ
  • 3C4Z4KG52T проверятьИ
  • DTXSID70893204
  • InChI=1S/Hf.2O проверятьИ
    Ключ: CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N проверятьИ
  • InChI=1/Hf.2O/rHfO2/c2-1-3
    Ключ: CJNBYAVZURUTKZ-MSHMTBKAAI
  • О=[Hf]=О
Характеристики
HfO2​
Молярная масса210,49 г/моль
Появлениепорошок белого цвета
Плотность9,68 г/см 3 , твердый
Температура плавления2758 °C (4996 °F; 3031 K)
Точка кипения5400 °C (9750 °F; 5670 K)
нерастворимый
−23,0·10 −6 см 3 /моль
Термохимия
–1117 кДж/моль [1]
Опасности
точка возгоранияНегорючий
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).
☒Н проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Оксид гафния(IV) — неорганическое соединение с формулой HfO
2. Также известный как диоксид гафния или гафния , это бесцветное твердое вещество является одним из наиболее распространенных и стабильных соединений гафния . Это электрический изолятор с шириной запрещенной зоны 5,3~5,7 эВ . [2] Диоксид гафния является промежуточным продуктом в некоторых процессах, в которых получается металлический гафний.

Оксид гафния(IV) довольно инертен. Он реагирует с сильными кислотами, такими как концентрированная серная кислота , и с сильными основаниями . Он медленно растворяется в плавиковой кислоте, образуя фторгафнатные анионы. При повышенных температурах он реагирует с хлором в присутствии графита или четыреххлористого углерода, образуя тетрахлорид гафния .

Структура

Гафний обычно принимает ту же структуру, что и цирконий (ZrO 2 ). В отличие от TiO 2 , который имеет шестикоординированный Ti во всех фазах, цирконий и гафний состоят из семикоординированных 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). [3] Также известно, что гафний может принимать две другие орторомбические метастабильные фазы (пространственная группа Pca2 1 и Pmn2 1 ) в широком диапазоне давлений и температур, [4] предположительно являясь источниками сегнетоэлектричества, наблюдаемого в тонких пленках гафния. [5]

Тонкие пленки оксидов гафния, нанесенные методом атомно-слоевого осаждения, обычно являются кристаллическими. Поскольку полупроводниковые приборы выигрывают от наличия аморфных пленок, исследователи сплавили оксид гафния с алюминием или кремнием (образуя силикаты гафния ), которые имеют более высокую температуру кристаллизации, чем оксид гафния. [6]

Приложения

Гафний используется в оптических покрытиях , а также в качестве диэлектрика с высоким значением κ в конденсаторах DRAM и в современных устройствах металл-оксид-полупроводник . [7] Оксиды на основе гафния были представлены Intel в 2007 году в качестве замены оксиду кремния в качестве изолятора затвора в полевых транзисторах . [8] Преимуществом для транзисторов является его высокая диэлектрическая проницаемость : диэлектрическая проницаемость HfO 2 в 4–6 раз выше, чем у SiO 2 . [9] Диэлектрическая проницаемость и другие свойства зависят от метода осаждения, состава и микроструктуры материала.

Оксид гафния (а также легированный и дефицитный по кислороду оксид гафния) привлекает дополнительный интерес как возможный кандидат для резистивно-коммутируемой памяти [10] и КМОП-совместимых сегнетоэлектрических полевых транзисторов ( память FeFET ) и чипов памяти. [11] [12] [13] [14]

Из-за своей очень высокой температуры плавления гафний также используется в качестве огнеупорного материала для изоляции таких устройств, как термопары , где он может работать при температурах до 2500 °C. [15]

Многослойные пленки из диоксида гафния, кремния 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. [16]

Ссылки

  1. ^ Корнилов, AN; Ушакова, IM; Huber, EJ; Holley, CE (1975). «Энтальпия образования диоксида гафния». Журнал химической термодинамики . 7 : 21– 26. doi :10.1016/0021-9614(75)90076-2.
  2. ^ Берш, Эрик и др. (2008). «Смещение полос ультратонких пленок оксида с высоким значением k и кремнием». Phys. Rev. B. 78 ( 8): 085114. Bibcode : 2008PhRvB..78h5114B. doi : 10.1103/PhysRevB.78.085114.
  3. ^ V. Miikkulainen; et al. (2013). "Кристальность неорганических пленок, выращенных методом атомно-слоевого осаждения: обзор и общие тенденции". Журнал прикладной физики . 113 (2). Таблица III. Bibcode : 2013JAP...113b1301M. doi : 10.1063/1.4757907.
  4. ^ 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.
  5. ^ TS Boscke (2011). «Сегнетоэлектричество в тонких пленках оксида гафния». Applied Physics Letters . 99 (10): 102903. Bibcode : 2011ApPhL..99j2903B. doi : 10.1063/1.3634052.
  6. ^ JH Choi; et al. (2011). «Разработка материалов на основе гафния с высокой проводимостью — обзор». Materials Science and Engineering: R . 72 (6): 97– 136. doi :10.1016/j.mser.2010.12.001.
  7. ^ 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. doi : 10.1007/s10853-012-6568-y. S2CID  7806254.
  8. ↑ Intel (11 ноября 2007 г.). «Фундаментальный прогресс Intel в проектировании транзисторов расширяет закон Мура, вычислительная производительность».
  9. ^ GD Wilk; RM Wallace; JM Anthony (2001). «Диэлектрики с высоким κ затвором: Текущее состояние и рассмотрение свойств материалов». Журнал прикладной физики . 89 (10): 5243– 5275. Bibcode : 2001JAP....89.5243W. doi : 10.1063/1.1361065., Таблица 1
  10. ^ К.-Л. Лин и др. (2011). «Зависимость образования нитей от электрода в памяти с резистивным переключением на основе HfO2». Журнал прикладной физики . 109 (8): 084104–084104–7. Bibcode : 2011JAP...109h4104L. doi : 10.1063/1.3567915.
  11. ^ Imec (7 июня 2017 г.). «Imec демонстрирует прорыв в области КМОП-совместимой сегнетоэлектрической памяти».
  12. ^ The Ferroelectric Memory Company (8 июня 2017 г.). «Первая в мире демонстрация 3D NAND на основе FeFET».
  13. ^ TS Böscke; J. Müller; D. Bräuhaus (7 декабря 2011 г.). «Сегнетоэлектричество в оксиде гафния: КМОП-совместимые сегнетоэлектрические полевые транзисторы». Международная встреча по электронным приборам 2011 г. IEEE. стр. 24.5.1–24.5.4. doi :10.1109/IEDM.2011.6131606. ISBN 978-1-4577-0505-2.
  14. ^ Ниволе Анер (август 2018 г.). Mit HFO2 voll CMOS-совместимый (на немецком языке). Электронная промышленность.
  15. ^ Данные о продукте «Экстравагантные термопарные зонды для очень высоких температур», Omega Engineering, Inc., получены 03.12.2008 г.
  16. ^ "Aaswath Raman | Innovators Under 35 | MIT Technology Review". Август 2015 г. Получено 2015-09-02 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Оксид_гафния(IV)&oldid=1265703526"