Óxido de Háfnio e sua estrutura e aplicações

Óxido de Háfnio, sua estrutura e aplicações

Óxido de háfnio é o composto inorgânico de fórmula HfO2. Também conhecido como hafnia, este sólido incolor é um dos compostos mais comuns e estáveis ​​do háfnio. É um isolador elétrico com um bandgap de 5,3 ~ 5,7 eV. Dióxido de háfnio é um intermediário em alguns processos que dão háfnio metálico.

Estrutura e aplicações de óxido de háfnio

Óxido de háfnio é bastante inerte. Ele reage com ácidos fortes, como ácido sulfúrico concentrado e bases fortes. Ele se dissolve lentamente em ácido fluorídrico para dar ânions fluorohafnato. Em altas temperaturas, ele reage com o cloro na presença de grafite ou tetracloreto de carbono para dar tetracloreto de háfnio.

HfO2 adota a mesma estrutura da zircônia ( ZrO2 ) Ao contrário do TiO2 , que inclui Ti de seis dimensões em todas as fases, zircônia e hafnia consistem em centros de metal de sete coordenadas. Uma variedade de fases cristalinas foi observada experimentalmente, incluindo cúbica (Fm-3m), tetragonal (P42 / nmc), monoclínica (P21 / c) e ortorrômbica (Pbca e Pnma).

Também se sabe que hafnia pode adotar duas outras fases ortorrômbicas metaestáveis ​​(grupo espacial Pca21 e Pmn21) em uma ampla faixa de pressões e temperaturas, presumivelmente as fontes de ferroeletricidade recentemente observadas em filmes finos hafnia.

Filmes finos de óxidos de háfnio , usados ​​em dispositivos semicondutores modernos, são frequentemente depositados com uma estrutura amorfa (geralmente por deposição de camada atômica). As possíveis vantagens da estrutura amorfa levaram os pesquisadores a combinar óxido de háfnio com o silício (formando silicatos de háfnio) ou com o alumínio, que comprovou aumentar a temperatura de cristalização do óxido. háfnio.

Hafnia adota a mesma estrutura da zircônia (ZrO2). Ao contrário do TiO2, que inclui o Ti hexadimensional em todas as fases, a zircônia e a hafnia consistem em centros de metal com sete coordenadas. Uma variedade de fases cristalinas foi observada experimentalmente, incluindo cúbica (Fm-3m), tetragonal (P42 / nmc), monoclínica (P21 / c) e ortorrômbica (Pbca e Pnma).

Também se sabe que hafnia pode adotar duas outras fases ortorrômbicas metaestáveis ​​(grupo espacial Pca21 e Pmn21) em uma ampla faixa de pressões e temperaturas, presumivelmente as fontes de ferroeletricidade recentemente observadas em filmes finos hafnia.

Filmes finos de óxidos de háfnio , usados ​​em dispositivos semicondutores modernos, são frequentemente depositados com uma estrutura amorfa (geralmente por deposição de camada atômica). As possíveis vantagens da estrutura amorfa levaram os pesquisadores a combinar o óxido de háfnio com o silício (formando silicatos de háfnio) ou com o alumínio, o que provou aumentar a temperatura de cristalização do óxido. háfnio.

Hafnia é usado em revestimentos ópticos e como um dielétrico de alto K em capacitores DRAM e em dispositivos semicondutores de óxido metálico avançado. Os óxidos de háfnio foram introduzidos pela Intel em 2007 para substituir o óxido de silício como um isolador de porta em transistores de efeito de campo.

A vantagem dos transistores é sua alta constante dielétrica:a constante dielétrica do HfO2 é 4-6 vezes a do SiO2. A constante dielétrica e outras propriedades dependem do método de deposição, da composição e da microestrutura do material.

Óxido de háfnio

Nos últimos anos, óxido de háfnio está atraindo interesse adicional como um possível candidato para memórias de comutação resistiva e uma memória ferroelétrica compatível com CMOS.

Devido ao seu alto ponto de fusão , hafnia também é usado como um material refratário no isolamento de dispositivos como termopares, onde pode operar em temperaturas de até 2500 ° C .

Filmes multicamadas de dióxido de háfnio, sílica e outros materiais foram desenvolvidos para uso no resfriamento passivo de edifícios. Os filmes refletem a luz do sol e irradiam calor em comprimentos de onda que cruzam a atmosfera da Terra e podem ter temperaturas vários graus mais frias do que os materiais circundantes nas mesmas condições.

Conclusão:

Obrigado por ler nosso artigo e esperamos que ele possa ajudá-lo a compreender melhor o óxido de háfnio, sua estrutura e aplicações. Se você quiser saber mais sobre o háfnio e outros metais refratários , você pode visitar Metais refratários avançados (ARM) Para maiores informações.

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