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Óxido de hafnio (IV)
Estructura de óxido de hafnio (IV)
Óxido de hafnio (IV)
Nombres
Nombre IUPAC
Óxido de hafnio (IV)
Otros nombres
Dióxido de hafnio
Hafnia
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.031.818 Edita esto en Wikidata
UNII
  • InChI = 1S / Hf.2O chequeY
    Clave: CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N chequeY
  • InChI = 1 / Hf.2O / rHfO2 / c2-1-3
    Clave: CJNBYAVZURUTKZ-MSHMTBKAAI
  • O = [Hf] = O
Propiedades
HfO 2
Masa molar210,49 g / mol
Aparienciapolvo blanquecino
Densidad9,68 g / cm 3 , sólido
Punto de fusion 2.758 ° C (4.996 ° F; 3.031 K)
Punto de ebullición 5400 ° C (9750 ° F; 5670 K)
insoluble
−23.0 · 10 −6 cm 3 / mol
Riesgos
punto de inflamabilidadNo es inflamable
Compuestos relacionados
Otros cationes
Óxido de titanio (IV) Óxido de
circonio (IV)
Compuestos relacionados
Nitruro de hafnio
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

El óxido de hafnio (IV) es el compuesto inorgánico con la fórmula HfO
2. También conocido como dióxido de hafnio o hafnia , este sólido incoloro es uno de los compuestos más comunes y estables del hafnio . Es un aislante eléctrico con una banda prohibida de 5.3 ~ 5.7 eV . [1] El dióxido de hafnio es un intermedio en algunos procesos que dan hafnio metálico.

El óxido de hafnio (IV) es bastante inerte. Reacciona con ácidos fuertes como el ácido sulfúrico concentrado y con bases fuertes . Se disuelve lentamente en ácido fluorhídrico para dar aniones fluorohafnato. A temperaturas elevadas, reacciona con el cloro en presencia de grafito o tetracloruro de carbono para dar tetracloruro de hafnio .

Estructura

Hafnia adopta típicamente la misma estructura que la zirconia (ZrO 2 ). A diferencia del TiO 2 , que presenta Ti de seis coordenadas en todas las fases, la zirconia y la hafnia constan de centros metálicos de siete coordenadas. Se han observado experimentalmente una variedad de otras fases cristalinas, que incluyen fluorita cúbica (Fm 3 m), tetragonal (P4 2 / nmc), monoclínica (P2 1 / c) y ortorrómbica (Pbca y Pnma). [2] También se sabe que la hafnia puede adoptar otras dos fases metaestables ortorrómbicas (grupo espacial Pca2 1 y Pmn2 1 ) en un amplio rango de presiones y temperaturas, [3]presumiblemente siendo las fuentes de la ferroelectricidad observada en películas delgadas de hafnia. [4]

Las películas delgadas de óxidos de hafnio depositadas por la deposición de la capa atómica suelen ser cristalinas. Debido a que los dispositivos semiconductores se benefician de la presencia de películas amorfas, los investigadores han aleado óxido de hafnio con aluminio o silicio (formando silicatos de hafnio ), que tienen una temperatura de cristalización más alta que el óxido de hafnio. [5]

Aplicaciones

Hafnia se utiliza en revestimientos ópticos y como dieléctrico de alto κ en condensadores DRAM y en dispositivos semiconductores de óxido metálico avanzados . [6] Intel introdujo óxidos a base de hafnio en 2007 como un reemplazo del óxido de silicio como aislante de puerta en transistores de efecto de campo . [7] La ventaja de los transistores es su alta constante dieléctrica : la constante dieléctrica del HfO 2 es 4-6 veces mayor que la del SiO 2 . [8] La constante dieléctrica y otras propiedades dependen del método de deposición, composición y microestructura del material.

El óxido de hafnio (así como el óxido de hafnio dopado y deficiente en oxígeno) atrae un interés adicional como posible candidato para memorias de conmutación resistiva [9] y transistores de efecto de campo ferroeléctrico compatibles con CMOS ( memoria FeFET ) y chips de memoria. [10] [11] [12] [13]

Debido a su alto punto de fusión, la hafnia también se utiliza como material refractario en el aislamiento de dispositivos como termopares , donde puede operar a temperaturas de hasta 2500 ° C. [14]

Se han desarrollado películas multicapa de dióxido de hafnio, sílice y otros materiales para su uso en la refrigeración pasiva de edificios. Las películas reflejan la luz solar e irradian calor en longitudes de onda que atraviesan la atmósfera de la Tierra y pueden tener temperaturas varios grados más frías que los materiales circundantes en las mismas condiciones. [15]

Referencias

  1. ^ Bersch, Eric; et al. (2008). "Desplazamientos de banda de películas ultrafinas de óxido de alto k con Si". Phys. Rev. B . 78 (8): 085114. Bibcode : 2008PhRvB..78h5114B . doi : 10.1103 / PhysRevB.78.085114 .
  2. ^ Tabla III, V. Miikkulainen; et al. (2013). "Cristalinidad de películas inorgánicas cultivadas por deposición de capa atómica: descripción general y tendencias generales". Revista de Física Aplicada . 113 (2): 021301–021301–101. Código Bibliográfico : 2013JAP ... 113b1301M . doi : 10.1063 / 1.4757907 .
  3. ^ TD Huan; V. Sharma; GA Rossetti, Jr .; R. Ramprasad (2014). "Caminos hacia la ferroelectricidad en hafnia". Physical Review B . 90 (6): 064111. arXiv : 1407.1008 . Código bibliográfico : 2014PhRvB..90f4111H . doi : 10.1103 / PhysRevB.90.064111 .
  4. ^ TS Boscke (2011). "Ferroelectricidad en películas delgadas de óxido de hafnio". Letras de Física Aplicada . 99 (10): 102903. Código bibliográfico : 2011ApPhL..99j2903B . doi : 10.1063 / 1.3634052 .
  5. ^ JH Choi; et al. (2011). "Desarrollo de materiales de alta k basados ​​en hafnio: una revisión". Ciencia de los Materiales e Ingeniería: R . 72 (6): 97-136. doi : 10.1016 / j.mser.2010.12.001 .
  6. ^ H. Zhu; C. Tang; LRC Fonseca; R. Ramprasad (2012). "Progreso reciente en simulaciones ab initio de pilas de puerta basadas en hafnia". Revista de ciencia de materiales . 47 (21): 7399–7416. Código bibliográfico : 2012JMatS..47.7399Z . doi : 10.1007 / s10853-012-6568-y .
  7. ^ Intel (11 de noviembre de 2007). "El avance fundamental de Intel en el diseño de transistores amplía la ley de Moore, rendimiento informático" .
  8. ↑ Wilk GD, Wallace RM, Anthony JM (2001). "Dieléctricos de puerta de alta κ: consideraciones de estado actual y propiedades de los materiales". Revista de Física Aplicada . 89 (10): 5243–5275. Código bibliográfico : 2001JAP .... 89.5243W . doi : 10.1063 / 1.1361065 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ), Tabla 1
  9. ^ K.-L. Lin; et al. (2011). "Dependencia del electrodo de la formación de filamentos en la memoria de conmutación resistiva de HfO2". Revista de Física Aplicada . 109 (8): 084104–084104–7. Código bibliográfico : 2011JAP ... 109h4104L . doi : 10.1063 / 1.3567915 .
  10. ^ Imec (7 de junio de 2017). "Imec demuestra un gran avance en la memoria ferroeléctrica compatible con CMOS" .
  11. ^ La empresa de memoria ferroeléctrica (8 de junio de 2017). "Primera demostración de NAND 3D basada en FeFET del mundo" .
  12. ^ TS Böscke, J. Müller, D. Bräuhaus (7 de diciembre de 2011). "Ferroelectricidad en óxido de hafnio: transistores de efecto de campo ferroeléctrico compatibles con CMOS". 2011 Encuentro Internacional de Dispositivos Electrónicos . IEEE: 24.5.1–24.5.4. doi : 10.1109 / IEDM.2011.6131606 . ISBN 978-1-4577-0505-2.Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
  13. ^ Nivole Ahner (agosto de 2018). Mit HFO2 voll CMOS-kompatibel (en alemán). Elektronik Industrie.
  14. ^ Datos de producto de sondas de termopar exóticas de muy alta temperatura , Omega Engineering, Inc., consultado el 3 de diciembre de 2008
  15. ^ "Aaswath Raman | Innovadores menores de 35 | Revisión de tecnología del MIT" . Agosto de 2015 . Consultado el 2 de septiembre de 2015 .