Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Хафний ((IV) оксиді - формуласы HfO2 болатын органикалық емес қосылыс. Гафний диоксиді немесе гафния деп те аталатын бұл түсті емес қатты зат гафнийдің ең көп таралған және тұрақты қосылыстарының бірі болып табылады. Ол 5,3 ~ 5,7 ЭВ жолақты арақашықтығы бар электрлік оқшаулағыш болып табылады. Гафний диоксиді - металл гафнийді беретін кейбір процестердің аралық бөлігі. Хафнийі (IV) оксиді өте инертті. Ол күкірт қышқылы сияқты күшті қышқылдармен және күшті негіздермен әрекеттеседі. Фторлы қышқылда баяу ерігеннен фторхафнат аниондары пайда болады. Жоғары температурада графит немесе көміртек тетрахлориді бар хлормен реакцияға келіп, гафний тетрахлориді түзіледі.
Hafnium(IV) oxide is the inorganic compound with the formula HfO2. Also known as hafnium dioxide or hafnia, this colourless solid is one of the most common and stable compounds of hafnium. It is an electrical insulator with a band gap of 5.3~5.7 eV. Hafnium dioxide is an intermediate in some processes that give hafnium metal. Hafnium(IV) oxide is quite inert. It reacts with strong acids such as concentrated sulfuric acid and with strong bases. It dissolves slowly in hydrofluoric acid to give fluorohafnate anions. At elevated temperatures, it reacts with chlorine in the presence of graphite or carbon tetrachloride to give hafnium tetrachloride.
Құрылымы
Гафния, әдетте, циркония (ZrO2) сияқты құрылымды қабылдайды. Тио2 сияқты барлық фазаларда алты координатты Ти бар, циркония мен гафния жеті координатты металл орталықтардан тұрады. Тәжірибелік тұрғыдан басқа да түрлі кристалдық фазалар байқалды, соның ішінде кубикалық фторит (Fmm), тетрагональдық (P42/nmc), моноклиникалық (P21/c) және орторомбтық (Pbca және Pnma). Гафнияның басқа екі орторомбалық метастабильді фазаларды (ғарыштық топ Pca21 және Pmn21) қысым мен температураның кең ауқымында қабылдауы мүмкін екендігі белгілі, бұл гафнияның жұқа қабаттарында байқалатын ферроэлектрлік энергияның көзі болуы мүмкін. Гафний оксидтерінің атомдық қабаттар арқылы жиналған жұқа қабаттары әдетте кристалл түрінде болады. Жартылай өткізгіш құрылғылар аморфты пленкалардың болуынан пайдаланғандықтан, зерттеушілер гафний оксиді алюминиймен немесе кремниймен (гафний силикаттарын қалыптастыру) қорытты, олардың кристалдану температурасы гафний оксидіне қарағанда жоғары.
Hafnia typically adopts the same structure as zirconia (ZrO2). Unlike TiO2, which features six coordinate Ti in all phases, zirconia and hafnia consist of seven coordinate metal centres. A variety of other crystalline phases have been experimentally observed, including cubic fluorite (Fmm), tetragonal (P42/nmc), monoclinic (P21/c) and orthorhombic (Pbca and Pnma). It is also known that hafnia may adopt two other orthorhombic metastable phases (space group Pca21 and Pmn21) over a wide range of pressures and temperatures, presumably being the sources of the ferroelectricity observed in thin films of hafnia. Thin films of hafnium oxides deposited by atomic layer deposition are usually crystalline. Because semiconductor devices benefit from having amorphous films present, researchers have alloyed hafnium oxide with aluminum or silicon (forming hafnium silicates), which have a higher crystallization temperature than hafnium oxide.
Қолданбалар
Хафния оптикалық қаптамаларда, DRAM конденсаторларында және озық металл оксидтердегі жартылай өткізгіш құрылғыларында жоғары κ диэлектригі ретінде қолданылады. Хафний негізіндегі оксидтерді Intel компаниясы 2007 жылы өріс әсері транзисторларындағы шлюз оқшаулағышы ретінде кремний оксидіне алмастыру ретінде енгізді. Транзисторлардың артықшылығы оның жоғары диэлектрлік тұрақтылығы: HfO2 диэлектрлік тұрақтылығы SiO2 -ден 4 × 6 есе жоғары. Диэлектрлік тұрақты және басқа да қасиеттер материалдың жинақталу әдісіне, құрамына және микроқұрылысына байланысты. Хафний оксиді (одан басқа, допингтелген және оттегі жетіспейтін гафний оксиді) резистивті коммутациялық жадылар мен CMOS-ке үйлесімді ферроэлектрлік өріс эффекті транзисторлары (FeFET жады) мен жады чиптері үшін ықтимал үміткер ретінде қосымша қызығушылық тудырады. Оның балқу температурасы өте жоғары болғандықтан, гафния 2500 °C-ға дейінгі температурада жұмыс істейтін термопаралар сияқты құрылғыларды оқшаулауда отқа төзімді материал ретінде қолданылады. Гафний диоксиді, кремний және басқа да материалдардың көп қабатты пленкалары ғимараттарды пассивті салқындату үшін әзірленді. Бұл пленкалар күн сәулесін қайтарады және Жер атмосферасынан өтетін толқын ұзындығында жылуды сәулелейді және айналадағы материалдарға қарағанда бірнеше градус суық температураға ие болуы мүмкін.
Hafnia is used in optical coatings, and as a high κ dielectric in DRAM capacitors and in advanced metal–oxide–semiconductor devices. Hafnium based oxides were introduced by Intel in 2007 as a replacement for silicon oxide as a gate insulator in field effect transistors. The advantage for transistors is its high dielectric constant: the dielectric constant of HfO2 is 4–6 times higher than that of SiO2. The dielectric constant and other properties depend on the deposition method, composition and microstructure of the material. Hafnium oxide (as well as doped and oxygen deficient hafnium oxide) attracts additional interest as a possible candidate for resistive switching memories and CMOS compatible ferroelectric field effect transistors (FeFET memory) and memory chips. Because of its very high melting point, hafnia is also used as a refractory material in the insulation of such devices as thermocouples, where it can operate at temperatures up to 2500 °C. Multilayered films of hafnium dioxide, silica, and other materials have been developed for use in passive cooling of buildings. The films reflect sunlight and radiate heat at wavelengths that pass through Earth's atmosphere, and can have temperatures several degrees cooler than surrounding materials under the same conditions.