Hafniumoxid und seine Struktur und Anwendungen

Hafniumoxid und seine Struktur und Anwendungen 

Hafniumoxid ist die anorganische Verbindung der Formel HfO2. Dieser farblose Feststoff, auch Hafnia genannt, ist eine der häufigsten und stabilsten Verbindungen von Hafnium. Es ist ein elektrischer Isolator mit einer Bandlücke von 5,3 ~ 5,7 eV. Hafniumdioxid ist ein Zwischenprodukt in einigen Prozessen, die Hafniummetall ergeben.

Struktur und Anwendungen von Hafniumoxid

Hafniumoxid ist ziemlich träge. Es reagiert mit starken Säuren wie konzentrierter Schwefelsäure und starken Basen. Es löst sich langsam in Flusssäure auf, um Fluorhafnat-Anionen zu ergeben. Bei hohen Temperaturen reagiert es mit Chlor in Gegenwart von Graphit oder Tetrachlorkohlenstoff zu Hafniumtetrachlorid.

HfO2 nimmt die gleiche Struktur wie Zirkonoxid an (ZrO2 ). Im Gegensatz zu TiO2 , das sechsdimensionales Ti in allen Phasen enthält, bestehen Zirkonoxid und Hafnia aus siebenfach koordinierten Metallzentren. Experimentell wurden verschiedene kristalline Phasen beobachtet, darunter kubische (Fm-3m), tetragonale (P42 / nmc), monokline (P21 / c) und orthorhombische (Pbca und Pnma).

Es ist auch bekannt, dass Hafnia zwei andere orthorhombische metastabile Phasen (Raumgruppe Pca21 und Pmn21) über einen weiten Druck- und Temperaturbereich annehmen kann, vermutlich die Quellen der Ferroelektrizität, die kürzlich in . beobachtet wurden Hafnia-Dünnfilme.

Dünne Filme von Hafniumoxiden , die in modernen Halbleiterbauelementen verwendet werden, werden oft mit einer amorphen Struktur abgeschieden (normalerweise durch Atomlagenabscheidung). Die möglichen Vorteile der amorphen Struktur führten die Forscher dazu, Hafniumoxid zu kombinieren mit Silizium (Bildung von Hafniumsilikaten) oder mit Aluminium, was die Kristallisationstemperatur des Oxids erhöht. Hafnium.

Hafnia nimmt die gleiche Struktur wie Zirkonoxid (ZrO2) an. Im Gegensatz zu TiO2, das sechsdimensionales Ti in allen Phasen enthält, bestehen Zirkonoxid und Hafnia aus siebenfach koordinierten Metallzentren. Experimentell wurden verschiedene kristalline Phasen beobachtet, darunter kubische (Fm-3m), tetragonale (P42 / nmc), monokline (P21 / c) und orthorhombische (Pbca und Pnma).

Es ist auch bekannt, dass Hafnia zwei andere orthorhombische metastabile Phasen (Raumgruppe Pca21 und Pmn21) über einen weiten Druck- und Temperaturbereich annehmen kann, vermutlich die Quellen der Ferroelektrizität, die kürzlich in . beobachtet wurden Hafnia-Dünnfilme.

Dünne Filme von Hafniumoxiden , die in modernen Halbleiterbauelementen verwendet werden, werden oft mit einer amorphen Struktur abgeschieden (normalerweise durch Atomlagenabscheidung). Die möglichen Vorteile der amorphen Struktur führten die Forscher dazu, Hafniumoxid mit Silizium (zur Bildung von Hafniumsilikaten) oder mit Aluminium zu kombinieren, was nachweislich die Kristallisationstemperatur des Oxids erhöht. Hafnium.

Hafnia wird in optischen Beschichtungen und als High-K-Dielektrikum in DRAM-Kondensatoren und in modernen Metalloxid-Halbleiterbauelementen verwendet. Die Hafniumoxide wurden 2007 von Intel eingeführt, um Siliziumoxid als Gate-Isolator in Feldeffekttransistoren zu ersetzen.

Der Vorteil der Transistoren ist ihre hohe Dielektrizitätskonstante:Die Dielektrizitätskonstante von HfO2 ist 4-6 mal höher als die von SiO2. Die Dielektrizitätskonstante und andere Eigenschaften hängen vom Abscheidungsverfahren, der Zusammensetzung und der Mikrostruktur des Materials ab.

Hafniumoxid

In den letzten Jahren Hafniumoxid erregt zusätzliches Interesse als möglicher Kandidat für resistive Schaltspeicher und einen CMOS-kompatiblen ferroelektrischen Speicher.

Wegen seines sehr hohen Schmelzpunkts , Hafnia wird auch als feuerfestes Material bei der Isolierung von Geräten wie Thermoelementen verwendet, wo es bei Temperaturen bis zu 2500°C operate betrieben werden kann .

Mehrschichtige Filme aus Hafniumdioxid Siliziumdioxid und andere Materialien wurden zur Verwendung bei der passiven Kühlung von Gebäuden entwickelt. Die Filme reflektieren Sonnenlicht und strahlen Wärme bei Wellenlängen ab, die die Erdatmosphäre durchqueren, und können unter den gleichen Bedingungen mehrere Grad kühler als umgebende Materialien sein.

Schlussfolgerung: 

Vielen Dank für das Lesen unseres Artikels und hoffen, dass er Ihnen helfen kann, Hafniumoxid und seine Struktur und Anwendungen besser zu verstehen. Wenn Sie mehr über Hafnium erfahren möchten und andere feuerfeste Metalle , können Sie Advanced Refraktive Metals (ARM) . besuchen für weitere Informationen.

Mit Hauptsitz in Lake Forest, Kalifornien, USA, ARM ist ein weltweit führender Hersteller und Lieferant von feuerfesten Metallen und bietet seinen Kunden hochwertige feuerfeste Metallprodukte wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Rhenium, Titan,  und  Zirkonium zu einem sehr konkurrenzfähigen Preis.