Oxyde d'hafnium et sa structure et applications

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L'oxyde d'hafnium et sa structure et ses applications 

Oxyde d'hafnium est le composé inorganique de formule HfO2. Également connu sous le nom de hafnia, ce solide incolore est l'un des composés les plus courants et les plus stables de l'hafnium. C'est un isolateur électrique avec une bande interdite de 5,3 ~ 5,7 eV. Dioxyde d'hafnium est un intermédiaire dans certains processus qui donnent de l'hafnium métallique.

Structure et applications de l'oxyde d'hafnium

Oxyde d'hafnium est assez inerte. Il réagit avec les acides forts tels que l'acide sulfurique concentré et les bases fortes. Il se dissout lentement dans l'acide fluorhydrique pour donner des anions fluorohafnate. A haute température, il réagit avec le chlore en présence de graphite ou de tétrachlorure de carbone pour donner du tétrachlorure d'hafnium.

HfO2 adopte la même structure que la zircone (ZrO2 ). Contrairement au TiO2 , qui comprend du Ti à six dimensions dans toutes les phases, la zircone et la hafnie se composent de centres métalliques à sept coordonnées. Une variété de phases cristallines a été observée expérimentalement, notamment cubique (Fm-3m), tétragonale (P42/nmc), monoclinique (P21/c) et orthorhombique (Pbca et Pnma).

Il est également connu que la hafnie peut adopter deux autres phases métastables orthorhombiques (groupe spatial Pca21 et Pmn21) sur une large gamme de pressions et de températures, vraisemblablement les sources de ferroélectricité récemment observées dans films minces hafnia.

Couches minces d'oxydes d'hafnium , utilisés dans les dispositifs semi-conducteurs modernes, sont souvent déposés avec une structure amorphe (généralement par dépôt de couche atomique). Les avantages possibles de la structure amorphe ont conduit les chercheurs à combiner l'oxyde d'hafnium avec du silicium (formant des silicates d'hafnium) ou avec de l'aluminium, ce qui s'est avéré augmenter la température de cristallisation de l'oxyde. hafnium.

Hafnia adopte la même structure que la zircone (ZrO2). Contrairement au TiO2, qui comprend du Ti à six dimensions dans toutes les phases, la zircone et la hafnie sont constituées de centres métalliques à sept coordonnées. Diverses phases cristallines ont été observées expérimentalement, notamment cubiques (Fm-3m), tétragonales (P42/nmc), monocliniques (P21/c) et orthorhombiques (Pbca et Pnma).

Il est également connu que la hafnie peut adopter deux autres phases métastables orthorhombiques (groupe spatial Pca21 et Pmn21) sur une large gamme de pressions et de températures, vraisemblablement les sources de ferroélectricité récemment observées dans films minces hafnia.

Couches minces d'oxydes d'hafnium , utilisés dans les dispositifs semi-conducteurs modernes, sont souvent déposés avec une structure amorphe (généralement par dépôt de couche atomique). Les avantages possibles de la structure amorphe ont conduit les chercheurs à combiner l'oxyde d'hafnium avec du silicium (formant des silicates d'hafnium) ou avec de l'aluminium, ce qui s'est avéré augmenter la température de cristallisation de l'oxyde. hafnium.

L'Hafnia est utilisée dans les revêtements optiques et comme diélectrique à K élevé dans les condensateurs DRAM et dans les dispositifs semi-conducteurs à oxyde métallique avancés. Les oxydes d'hafnium ont été introduits par Intel en 2007 pour remplacer l'oxyde de silicium comme isolant de grille dans les transistors à effet de champ.

L'avantage pour les transistors est leur constante diélectrique élevée :la constante diélectrique du HfO2 est de 4 à 6 fois celle du SiO2. La constante diélectrique et d'autres propriétés dépendent de la méthode de dépôt, de la composition et de la microstructure du matériau.

Oxyde d'Hafnium

Ces dernières années, oxyde d'hafnium suscite un intérêt supplémentaire en tant que candidat possible pour les mémoires à commutation résistive et une mémoire ferroélectrique compatible CMOS.

En raison de son point de fusion très élevé , l'hafnia est également utilisée comme matériau réfractaire dans l'isolation d'appareils tels que les thermocouples, où elle peut fonctionner à des températures allant jusqu'à 2500°C .

Films multicouches de dioxyde d'hafnium la silice et d'autres matériaux ont été développés pour être utilisés dans le refroidissement passif des bâtiments. Les films reflètent la lumière du soleil et émettent de la chaleur à des longueurs d'onde qui traversent l'atmosphère terrestre, et peuvent avoir des températures plusieurs degrés plus froides que les matériaux environnants dans les mêmes conditions.

Conclusion : 

Merci d'avoir lu notre article et nous espérons qu'il pourra vous aider à mieux comprendre l'oxyde d'hafnium, sa structure et ses applications. Si vous souhaitez en savoir plus sur hafnium et autres métaux réfractaires , vous pouvez visiter Métaux réfractaires avancés (ARM) pour plus d'informations.

Siège social à Lake Forest, Californie, États-Unis, ARM est un important fabricant et fournisseur de métaux réfractaires à travers le monde, fournissant aux clients des produits métalliques réfractaires de haute qualité tels que le tungstène, le molybdène, le tantale, le rhénium, le titane, et  zirconium à un prix très compétitif.