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.
Nombres | |
---|---|
Nombre IUPAC Óxido de hafnio (IV) | |
Otros nombres Dióxido de hafnio Hafnia | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.031.818 |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Propiedades | |
HfO 2 | |
Masa molar | 210,49 g / mol |
Apariencia | polvo blanquecino |
Densidad | 9,68 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 | |
Peligros | |
punto de inflamabilidad | No 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). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
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, la composición y la 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
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Intel (11 de noviembre de 2007). "El avance fundamental de Intel en el diseño de transistores amplía la ley de Moore, rendimiento informático" .
- ^ 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
- ^ 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 .
- ^ Imec (7 de junio de 2017). "Imec demuestra un gran avance en la memoria ferroeléctrica compatible con CMOS" .
- ^ La Compañía de la Memoria Ferroeléctrica (8 de junio de 2017). "Primera demostración de NAND 3D basada en FeFET del mundo" .
- ^ 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 )
- ^ Nivole Ahner (agosto de 2018). Mit HFO2 voll CMOS-kompatibel (en alemán). Elektronik Industrie.
- ^ Datos de producto de sondas de termopar exóticas de muy alta temperatura , Omega Engineering, Inc., consultado el 3 de diciembre de 2008
- ^ "Aaswath Raman | Innovadores menores de 35 | Revisión de tecnología del MIT" . Agosto de 2015 . Consultado el 2 de septiembre de 2015 .