El óxido de hafnio (IV) es el compuesto inorgánico de 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 intermediario en algunos procesos que dan hafnio metálico.
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 suele adoptar la misma estructura que la circona (ZrO 2 ). A diferencia del TiO 2 , que presenta Ti de seis coordenadas en todas las fases, la circona y la hafnia constan de centros metálicos de siete coordenadas. Se han observado experimentalmente una variedad de otras fases cristalinas, incluyendo 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 ferroelectricidad observadas en películas delgadas de hafnia. . [4]
Las películas delgadas de óxidos de hafnio depositadas mediante deposición de capas atómicas suelen ser cristalinas. Debido a que los dispositivos semiconductores se benefician de tener películas amorfas presentes, los investigadores han aleado el 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]
Hafnia se utiliza en recubrimientos ópticos y como dieléctrico de alto κ en condensadores DRAM y en dispositivos semiconductores avanzados de óxido metálico . [6] Intel introdujo los óxidos a base de hafnio en 2007 como 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 de 4 a 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 altísimo punto de fusión, la hafnia también se utiliza como material refractario en el aislamiento de dispositivos como termopares , donde puede funcionar a temperaturas de hasta 2500 °C. [14]
Se han desarrollado películas multicapa de dióxido de hafnio, sílice y otros materiales para su uso en el enfriamiento pasivo de edificios. Las películas reflejan la luz solar e irradian calor en longitudes de onda que atraviesan la atmósfera terrestre y pueden tener temperaturas varios grados más frías que los materiales circundantes en las mismas condiciones. [15]