Hafniumoxide en zijn structuur en toepassingen 

Hafniumoxide is de anorganische verbinding met formule HfO2. Deze kleurloze vaste stof, ook bekend als hafnia, is een van de meest voorkomende en stabiele verbindingen van hafnium. Het is een elektrische isolator met een bandgap van 5,3 ~ 5,7 eV. Hafniumdioxide is een tussenproduct in sommige processen die hafniummetaal geven.

Structuur en toepassingen van Hafniumoxide

Hafniumoxide is vrij inert. Het reageert met sterke zuren zoals geconcentreerd zwavelzuur en sterke basen. Het lost langzaam op in fluorwaterstofzuur om fluorohafnaatanionen te geven. Bij hoge temperaturen reageert het met chloor in aanwezigheid van grafiet of koolstoftetrachloride om hafniumtetrachloride te geven.

HfO2 neemt dezelfde structuur aan als zirkonia (ZrO2 ). In tegenstelling tot TiO2 , dat zesdimensionaal Ti in alle fasen omvat, bestaan ​​zirconia en hafnia uit metaalcentra met zeven coördinaten. Een verscheidenheid aan kristallijne fasen werd experimenteel waargenomen, waaronder kubische (Fm-3m), tetragonale (P42 / nmc), monokliene (P21 / c) en orthorhombische (Pbca en Pnma).

Het is ook bekend dat hafnia twee andere orthorhombische metastabiele fasen (ruimtegroep Pca21 en Pmn21) kan aannemen over een breed bereik van drukken en temperaturen, vermoedelijk de bronnen van ferro-elektriciteit die recentelijk zijn waargenomen in hafnia dunne films.

Dunne films van hafniumoxiden , gebruikt in moderne halfgeleiderinrichtingen, worden vaak afgezet met een amorfe structuur (meestal door afzetting van atomaire lagen). De mogelijke voordelen van de amorfe structuur brachten de onderzoekers ertoe om hafniumoxide . te combineren met silicium (vormende hafniumsilicaten) of met aluminium, wat de kristallisatietemperatuur van het oxide bleek te verhogen. hafnium.

Hafnia heeft dezelfde structuur als zirkonia (ZrO2). In tegenstelling tot TiO2, dat zesdimensionaal Ti in alle fasen omvat, bestaan ​​zirkoniumoxide en hafnia uit metaalcentra met zeven coördinaten. Een verscheidenheid aan kristallijne fasen werd experimenteel waargenomen, waaronder kubische (Fm-3m), tetragonale (P42 / nmc), monokliene (P21 / c) en orthorhombische (Pbca en Pnma).

Het is ook bekend dat hafnia twee andere orthorhombische metastabiele fasen (ruimtegroep Pca21 en Pmn21) kan aannemen over een breed bereik van drukken en temperaturen, vermoedelijk de bronnen van ferro-elektriciteit die recentelijk zijn waargenomen in hafnia dunne films.

Dunne films van hafniumoxiden , gebruikt in moderne halfgeleiderinrichtingen, worden vaak afgezet met een amorfe structuur (meestal door afzetting van atomaire lagen). De mogelijke voordelen van de amorfe structuur brachten de onderzoekers ertoe hafniumoxide te combineren met silicium (waardoor hafniumsilicaten ontstaan) of met aluminium, wat de kristallisatietemperatuur van het oxide bleek te verhogen. hafnium.

Hafnia wordt gebruikt in optische coatings en als diëlektricum met hoge K in DRAM-condensatoren en in geavanceerde metaaloxidehalfgeleiders. De hafniumoxiden werden in 2007 door Intel geïntroduceerd om siliciumoxide te vervangen als poortisolator in veldeffecttransistoren.

Het voordeel voor de transistors is hun hoge diëlektrische constante:de diëlektrische constante van HfO2 is 4-6 keer die van SiO2. De diëlektrische constante en andere eigenschappen zijn afhankelijk van de depositiemethode, de samenstelling en de microstructuur van het materiaal.

Hafniumoxide

In de afgelopen jaren heeft hafniumoxide trekt extra belangstelling als mogelijke kandidaat voor resistieve schakelgeheugens en een CMOS-compatibel ferro-elektrisch geheugen.

Vanwege het zeer hoge smeltpunt , wordt hafnia ook gebruikt als vuurvast materiaal in de isolatie van apparaten zoals thermokoppels, waar het kan werken bij temperaturen tot 2500 ° C .

Meerlaagse films van hafniumdioxide, silica en andere materialen zijn ontwikkeld voor gebruik bij passieve koeling van gebouwen. De films reflecteren zonlicht en stralen warmte uit op golflengten die de atmosfeer van de aarde doorkruisen, en kunnen onder dezelfde omstandigheden enkele graden koeler zijn dan de omringende materialen.

Conclusie: 

Bedankt voor het lezen van ons artikel en we hopen dat het je kan helpen om een ​​beter begrip te krijgen van hafniumoxide en zijn structuur en toepassingen. Als je meer wilt weten over hafnium en andere vuurvaste metalen , kunt u een bezoek brengen aan Advanced Refractory Metals (ARM) voor meer informatie.

Hoofdkantoor in Lake Forest, Californië, VS, ARM is een toonaangevende fabrikant en leverancier van vuurvaste metalen over de hele wereld en biedt klanten hoogwaardige vuurvaste metaalproducten zoals wolfraam, molybdeen, tantaal, rhenium, titanium, en  zirkonium tegen een zeer concurrerende prijs.