Оксид гафния, его структура и применение

Оксид гафния, его структура и применение

Оксид гафния представляет собой неорганическое соединение формулы HfO2. Это бесцветное твердое вещество, также известное как гафния, является одним из наиболее распространенных и стабильных соединений гафния. Это электрический изолятор с шириной запрещенной зоны 5,3 ~ 5,7 эВ. Диоксид гафния является промежуточным продуктом в некоторых процессах получения металлического гафния.

Структура и применение оксида гафния

Оксид гафния довольно инертен. Реагирует с сильными кислотами, такими как концентрированная серная кислота и сильные основания. Он медленно растворяется в плавиковой кислоте с образованием анионов фторгафната. При высоких температурах он реагирует с хлором в присутствии графита или четыреххлористого углерода с образованием тетрахлорида гафния.

HfO2 имеет ту же структуру, что и диоксид циркония ( ZrO2 ). В отличие от TiO2 , который включает шестимерный Ti во всех фазах, диоксид циркония и гафний состоят из семикоординированных металлических центров. Экспериментально наблюдались различные кристаллические фазы, включая кубическую (Fm-3m), тетрагональную (P42 / nmc), моноклинную (P21 / c) и орторомбическую (Pbca и Pnma).

Также известно, что гафния может принимать две другие орторомбические метастабильные фазы (пространственная группа Pca21 и Pmn21) в широком диапазоне давлений и температур, предположительно источников сегнетоэлектричества, недавно обнаруженных в тонкие пленки гафния.

Тонкие пленки оксидов гафния , используемые в современных полупроводниковых приборах, часто осаждаются с аморфной структурой (обычно путем осаждения атомных слоев). Возможные преимущества аморфной структуры побудили исследователей объединить оксид гафния с кремнием (образующим силикаты гафния) или с алюминием, которые, как оказалось, увеличивают температуру кристаллизации оксида. гафний.

Гафния имеет ту же структуру, что и диоксид циркония (ZrO2). В отличие от TiO2, который включает шестимерный Ti во всех фазах, диоксид циркония и гафния состоят из семикоординированных металлических центров. Экспериментально наблюдались различные кристаллические фазы, включая кубическую (Fm-3m), тетрагональную (P42 / nmc), моноклинную (P21 / c) и орторомбическую (Pbca и Pnma).

Также известно, что гафния может принимать две другие орторомбические метастабильные фазы (пространственная группа Pca21 и Pmn21) в широком диапазоне давлений и температур, предположительно источников сегнетоэлектричества, недавно обнаруженных в тонкие пленки гафния.

Тонкие пленки оксидов гафния , используемые в современных полупроводниковых приборах, часто осаждаются с аморфной структурой (обычно путем осаждения атомных слоев). Возможные преимущества аморфной структуры побудили исследователей объединить оксид гафния с кремнием (образуя силикаты гафния) или с алюминием, что, как оказалось, увеличивает температуру кристаллизации оксида. гафний.

Hafnia используется в оптических покрытиях, а также в качестве диэлектрика с высоким K в конденсаторах DRAM и в современных металлооксидных полупроводниковых устройствах. оксиды гафния были введены Intel в 2007 году для замены оксида кремния в качестве изолятора затвора в полевых транзисторах.

Преимущество транзисторов - их высокая диэлектрическая проницаемость:диэлектрическая проницаемость HfO2 в 4-6 раз больше, чем у SiO2. Диэлектрическая проницаемость и другие свойства зависят от метода осаждения, состава и микроструктуры материала.

Оксид гафния

В последние годы оксид гафния вызывает дополнительный интерес как возможный кандидат на резистивную коммутационную память и КМОП-совместимую сегнетоэлектрическую память.

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

Многослойные пленки диоксида гафния кремнезем и другие материалы были разработаны для использования в пассивном охлаждении зданий. Пленки отражают солнечный свет и излучают тепло на длинах волн, пересекающих атмосферу Земли, и могут иметь температуру на несколько градусов ниже, чем окружающие материалы при тех же условиях.

Заключение:

Спасибо за то, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять оксид гафния, его структуру и области применения. Если вы хотите узнать больше о гафнии и другие тугоплавкие металлы посетите страницу Advanced Refractory Metals (ARM) для получения дополнительной информации.

Головной офис находится в Лейк-Форест, Калифорния, США, ARM является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов по всему миру, обеспечивая клиентов высококачественной продукцией из тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден, тантал, рений, титан, и цирконий по очень конкурентоспособной цене.