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 . [2] El dióxido de hafnio es un intermediario en algunos procesos que dan lugar al metal hafnio.
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 cloro en presencia de grafito o tetracloruro de carbono para dar tetracloruro de hafnio .
La 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 diversas otras fases cristalinas, incluidas la fluorita cúbica (Fm 3 m), la tetragonal (P4 2 /nmc), la monoclínica (P2 1 /c) y la ortorrómbica (Pbca y Pnma). [3] 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, [4] siendo presumiblemente las fuentes de la ferroelectricidad observada en películas delgadas de hafnia. [5]
Las películas delgadas de óxidos de hafnio depositadas por deposición de capas atómicas suelen ser cristalinas. Debido a que los dispositivos semiconductores se benefician de tener películas amorfas presentes, 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. [6]
La hafnia se utiliza en recubrimientos ópticos y como dieléctrico de alto κ en condensadores DRAM y en dispositivos avanzados de metal-óxido-semiconductores . [7] Los óxidos basados en hafnio fueron introducidos por Intel en 2007 como reemplazo del óxido de silicio como aislante de compuerta en transistores de efecto de campo . [8] La ventaja para los transistores es su alta constante dieléctrica : la constante dieléctrica de HfO 2 es 4-6 veces mayor que la de SiO 2 . [9] 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 [10] y transistores de efecto de campo ferroeléctricos compatibles con CMOS ( memoria FeFET ) y chips de memoria. [11] [12] [13] [14]
Debido a su punto de fusión muy alto, la hafnia también se utiliza como material refractario en el aislamiento de dispositivos como los termopares , donde puede funcionar a temperaturas de hasta 2500 °C. [15]
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 pasan a través de la atmósfera terrestre y pueden tener temperaturas varios grados más frías que los materiales circundantes en las mismas condiciones. [16]