Hafnium Oxit, Công thức hóa học HFO2. Trọng lượng phân tử 210,49. Tinh thể hình khối trắng. Trọng lực riêng 9,68. Điểm nóng chảy 2758 ± 25 độ. Điểm sôi là khoảng 5400 độ. Hafnium dioxide của hệ thống đơn dòng được chuyển thành hệ thống tetragonal trong khí quyển đủ oxy ở 1475 ~ 1600 độ. Không hòa tan trong nước và các axit vô cơ nói chung, nhưng dần dần hòa tan trong axit hydrofluoric. Nó phản ứng với axit sunfuric cô đặc nóng hoặc axit sunfat để tạo thành hafnium sulfate [HF (SO4) 2]. Sau khi trộn với carbon, nó được làm nóng và clo hóa để tạo thành hafnium tetrachloride (HFCL4), phản ứng với kali fluorosilicate để tạo thành kali fluorohafnium (K2HFF6) và phản ứng với carbon để tạo thành hafnium cacbua HFC trên 1500 độ. Nó được điều chế bằng cách đốt nhiệt độ cao trực tiếp của cacbua hafnium, tetrachloride, sulfide, boride, nitride hoặc oxit ngậm nước.
|
Công thức hóa học |
HFO2 |
|
Khối lượng chính xác |
212 |
|
Trọng lượng phân tử |
210 |
|
m/z |
212 (100.0%), 210 (77.8%), 209 (53.0%), 211 (38.8%), 208 (15.0%) |
|
Phân tích nguyên tố |
HF, 84,80; O, 15,20 |
Một phương pháp chuẩn bị zirconium thấp tinh khiết caoHafnium Oxit, các bước phương thức như sau:
. Điều chỉnh nồng độ H+, nồng độ HFO2 và dung dịch hafnium sulfate trong dung dịch hafnium sulfate;
. Các phân số thể tích của từng thành phần của chất chiết như sau: N235: 20%, A1416: 7%, dầu hỏa sunfon hóa: 73%. Chất chiết trên được sử dụng để chiết xuất ba giai đoạn để tách zirconium và hafnium từ chất lỏng thức ăn hafnium sulfate để thu được dư lượng chiết xuất zirconium hafnium sulfate thấp.
.
Công nghệ vi điện tử, là cốt lõi của công nghệ thông tin hiện đại, đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy tiến bộ xã hội và phát triển kinh tế. Việc lựa chọn vật liệu điện môi là rất quan trọng trong quá trình sản xuất các thiết bị vi điện tử, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, kích thước và mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị. Hafnium dioxide (HFO), như một vật liệu oxit đơn giản với băng tần rộng và hằng số điện môi cao, đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực vi điện tử trong những năm gần đây. Các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo của nó làm cho nó trở thành một vật liệu ứng cử viên mạnh mẽ để thay thế các lớp cách nhiệt cổng silicon dioxide (SiO2) truyền thống, mang đến cơ hội mới để phát triển các thiết bị vi mô.
Đặc điểm cơ bản
Tính chất hóa học
Hafnium dioxide không hòa tan trong nước, axit clohydric và axit nitric, nhưng hòa tan trong axit sunfuric cô đặc và axit hydrofluoric. Độ ổn định hóa học này cho phép hafnium dioxide chống ăn mòn từ các hóa chất khác nhau trong quá trình sản xuất các thiết bị vi điện tử, đảm bảo độ tin cậy và độ ổn định của các thiết bị.
Tính chất điện
Hafnium dioxide có hằng số điện môi cao, đây là một trong những đặc điểm chính cho ứng dụng rộng rãi của nó trong lĩnh vực vi điện tử. Hằng số điện môi cao cho phép hafnium dioxide cung cấp điện dung tương tự như silicon dioxide ở độ dày mỏng hơn, làm giảm hiệu quả kích thước của bóng bán dẫn và cải thiện tích hợp thiết bị. Ngoài ra, hafnium dioxide thể hiện các đặc tính sắt điện độc đáo, mang lại hy vọng cho việc áp dụng bộ nhớ sắt điện mật độ cao, mật độ không bay hơi thế hệ tiếp theo.
Nền ứng dụng trong lĩnh vực vi điện tử
Hạn chế của lớp cách nhiệt cổng silicon dioxide truyền thống
Trong các thiết bị vi điện tử truyền thống, silicon dioxide đã được sử dụng làm vật liệu lớp cách điện cổng. Tuy nhiên, với sự phát triển liên tục của công nghệ bán dẫn, kích thước của các bóng bán dẫn liên tục bị thu hẹp và độ dày của lớp cách điện cổng silicon dioxide đang dần tiếp cận giới hạn vật lý của nó. Khi độ dày của điện môi silicon dioxide giảm đến một mức độ nhất định, tình trạng rò rỉ cổng sẽ tăng đáng kể, dẫn đến giảm hiệu suất bóng bán dẫn và tăng tiêu thụ điện năng. Ngoài ra, việc tiếp tục sử dụng silicon dioxide làm vật liệu lớp cách điện cổng sẽ khó đáp ứng nhu cầu về hiệu suất cao hơn và kích thước nhỏ hơn trong thế hệ thiết bị vi điện tử tiếp theo.
Ưu điểm như một vật liệu thay thế
Sự xuất hiện củaHafnium OxitCung cấp một cách hiệu quả để giải quyết các vấn đề trên. So với silicon dioxide, hafnium dioxide có hằng số điện môi cao hơn và có thể cung cấp cùng một điện dung ở độ dày mỏng hơn, làm giảm hiệu quả kích thước của bóng bán dẫn. Trong khi đó, hafnium dioxide có khả năng tương thích cực cao với các quy trình mạch tích hợp và có thể dễ dàng tích hợp vào các quy trình sản xuất vi điện tử hiện có. Ngoài ra, các đặc tính sắt điện của hafnium dioxide cung cấp các khả năng mới cho ứng dụng của nó trong bộ nhớ không bay hơi và các trường khác.
Các ứng dụng cụ thể của hafnium dioxide trong lĩnh vực vi điện tử
Vật liệu lớp điện môi cao
(1) Cải thiện hiệu suất bóng bán dẫn
Hafnium dioxide được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị bán dẫn để sản xuất các lớp điện môi cao K, thay thế các lớp cách nhiệt cổng SiO truyền thống. Lớp điện môi cao K có thể giảm hiệu quả rò rỉ cổng, cải thiện dòng điện và tốc độ chuyển đổi của bóng bán dẫn và tăng cường đáng kể hiệu suất của bóng bán dẫn. Ví dụ, khi Intel giới thiệu quy trình sản xuất 65 nanomet, mặc dù nó đã nỗ lực để giảm độ dày của điện môi silicon dioxide cổng xuống 1,2 nanomet, độ khó của tiêu thụ năng lượng và tản nhiệt tăng lên khi giảm kích thước nguyên tử. Để giải quyết vấn đề này, Intel đã sử dụng các vật liệu K dày hơn (vật liệu dựa trên hafnium) làm điện môi cổng thay vì silicon dioxide, giảm thành công rò rỉ hơn 10 lần.
(2) Giảm kích thước thiết bị
Với sự tiến bộ liên tục của các nút quy trình nâng cao, các thiết bị vi điện tử có yêu cầu ngày càng cao về kích thước. Hằng số điện môi cao của hafnium dioxide cho phép nó cung cấp đủ điện dung ở độ dày mỏng hơn, do đó đáp ứng nhu cầu về kích thước thiết bị thu hẹp liên tục. So với thế hệ trước của công nghệ 65 nanomet, quy trình 45 nanomet sử dụng hafnium dioxide khi điện môi cổng tăng mật độ bóng bán dẫn gần 2 lần, cho phép tăng tổng số bóng bán dẫn hoặc giảm kích thước bộ xử lý.
(3) giảm mức tiêu thụ điện
Việc áp dụng lớp điện môi Hfnium dioxide cao cũng có thể làm giảm hiệu quả mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị vi điện tử. Bằng cách giảm rò rỉ cổng và tăng tốc độ chuyển mạch của bóng bán dẫn, hafnium dioxide có thể giảm mất năng lượng trong quá trình vận hành thiết bị, kéo dài thời lượng pin và cải thiện hiệu quả năng lượng của thiết bị.
Vật liệu bộ nhớ sắt điện
(1) Phát hiện và triển vọng ứng dụng của Ferroelectricity
Vào năm 2011, nhóm R & D của Startup vật liệu điện tử Namlab được thành lập bởi Công ty bán dẫn Qimonda và Đại học Công nghệ Dresden ở Đức đã chuẩn bị các màng mỏng HFO pha tạp với silicon dioxide với độ dày dưới 10 nM thông qua công nghệ tạo nguyên tử. Khám phá này đã đặt nền tảng cho việc áp dụng hafnium dioxide trong lĩnh vực bộ nhớ sắt điện. Bộ nhớ sắt điện có những ưu điểm của việc đọc và ghi không bay hơi, tốc độ cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp, và được coi là một hướng phát triển quan trọng cho thế hệ bộ nhớ tiếp theo.
(2) Nguyên tắc làm việc của bộ nhớ sắt điện
Bộ nhớ sắt sử dụng chất sắt của vật liệu sắt điện để lưu trữ và đọc dữ liệu. Các vật liệu sắt điện có các đặc tính phân cực tự phát, và hướng phân cực có thể được đảo ngược dưới tác động của một điện trường bên ngoài. Trong bộ nhớ điện, hướng phân cực của vật liệu sắt điện được thay đổi bằng cách áp dụng các điện trường khác nhau để biểu thị các trạng thái dữ liệu khác nhau (như "0" và "1"). Do trạng thái phân cực ổn định của vật liệu sắt điện ngay cả sau khi loại bỏ điện trường bên ngoài, bộ nhớ sắt điện có các đặc tính không bay hơi.
(3) Ưu điểm của bộ nhớ sợi sắt hafnium dioxide
So với các vật liệu sắt điện truyền thống, bộ nhớ sắt điện hafnium dioxide có những lợi thế sau:
Khả năng tương thích tốt với công nghệ CMOS: Hafnium dioxide có thể dễ dàng tích hợp vào các quy trình sản xuất CMOS hiện có, giảm chi phí sản xuất và xử lý độ khó.
Kích thước nhỏ: Hafnium dioxide có thể đạt được tính sắt ở độ dày mỏng hơn, có lợi cho việc giảm kích thước bộ nhớ và cải thiện tích hợp.
Hiệu suất ổn định: Hafnium dioxide có độ ổn định hóa học và nhiệt tốt, có thể duy trì hiệu suất ổn định trong môi trường khắc nghiệt và cải thiện độ tin cậy của bộ nhớ.
(4) Tiến trình nghiên cứu và tình trạng ứng dụng
Trong những năm gần đây, những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong nghiên cứu về tính sắt của hafnium dioxide. Đã có những công ty ở nước ngoài đã sản xuất các thiết bị nguyên mẫu cho bộ nhớ sắt điện dựa trên HFO và một số công ty đang đưa ra sự phát triển của các mạch logic tích hợp ba chiều. Trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học cơ bản, ngày càng có một lượng công việc về tính điện của HFO, và nguồn gốc, chuyển pha cấu trúc, sản xuất thiết bị và ứng dụng năng lượng của tính sắt của nó là các hướng nghiên cứu chính. Tuy nhiên, hiện tại bộ nhớ điện sắt hafnium dioxide vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm, và vẫn còn một khoảng cách nhất định để đi trước các ứng dụng thương mại quy mô lớn.
Các ứng dụng khác của các thiết bị vi điện tử
(1) Gốm sứ điện môi
Nó cũng có thể được sử dụng để sản xuất gốm sứ, đóng vai trò cách nhiệt, lọc và các vai trò khác trong các thiết bị vi điện tử. Hằng số điện môi cao và hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời của nó cho phép gốm sứ điện môi duy trì hiệu suất tốt trong môi trường khắc nghiệt như tần số cao và nhiệt độ cao, cải thiện độ tin cậy và độ ổn định của các thiết bị vi điện tử.
(2) Vi lửa
Trong các mạch vi mô, tụ điện là một thành phần quan trọng. Hafnium dioxide có thể được sử dụng để sản xuất các tụ điện vi mô, cung cấp các giá trị điện dung ổn định cho các mạch. So với các vật liệu tụ điện truyền thống, các tụ điện viionium dioxide có những ưu điểm như khối lượng nhỏ, giá trị điện dung lớn và hiệu suất ổn định, có lợi cho việc cải thiện sự tích hợp và hiệu suất của các mạch.
(3) Vật liệu phủ
Nó có khả năng chống mài mòn và kháng ăn mòn tốt, và có thể được sử dụng làm vật liệu phủ để sản xuất các thiết bị vi điện tử. Ví dụ, phủ một lớp hafnium dioxide trên bề mặt chip bán dẫn có thể bảo vệ chip khỏi xói mòn môi trường bên ngoài, cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của chip.
Hafnium Oxit, như một vật liệu oxit đơn giản với bandgap rộng, hằng số điện môi cao và đặc tính sắt điện, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực vi điện tử. Là vật liệu lớp điện môi cao K, nó có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất của bóng bán dẫn, giảm kích thước thiết bị và tiêu thụ điện năng thấp hơn; Là một vật liệu bộ nhớ sắt điện, nó mang đến những cơ hội mới để phát triển thế hệ bộ nhớ không bay hơi tiếp theo. Tuy nhiên, các ứng dụng trong lĩnh vực vi điện tử cũng phải đối mặt với một số thách thức kỹ thuật, chẳng hạn như kiểm soát chuyển pha, các vấn đề giao diện, kỹ thuật doping và quy trình chuẩn bị. Thông qua đổi mới và nghiên cứu công nghệ liên tục, những thách thức này dự kiến sẽ được giải quyết. Trong tương lai, với nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất cao hơn và các thiết bị kích thước nhỏ hơn trong ngành công nghiệp bán dẫn, cũng như sự phát triển nhanh chóng của năng lượng mới, công nghệ quang điện tử và bảo vệ môi trường, ứng dụng trong lĩnh vực vi mô điện tử sẽ tiếp tục mở rộng và làm sâu sắc hơn, đóng góp quan trọng để thúc đẩy phát triển công nghệ vi điện tử.
Chú phổ biến: Hafnium Oxide Powder Cas 12055-23-1, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, bán buôn, mua, giá, số lượng lớn, để bán