हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड: Difference between revisions
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हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड [[रासायनिक सूत्र]] | '''हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड''' का [[रासायनिक सूत्र]] {{chem|Hf|O|2}} के साथ [[अकार्बनिक यौगिक]] होता है जिसे '''[[हेफ़नियम]] डाइऑक्साइड''' या '''हैफ़निया''' के नाम से भी जाना जाता है। यह रंगहीन ठोस हेफ़नियम के सबसे सामान्य और स्थिर यौगिकों में से एक है और इस प्रकार यह 5.3 ~ 5.7 ev के [[बैंड गैप]] के साथ [[विद्युत इन्सुलेटर]] के रूप में होता है।<ref>{{cite journal |last=Bersch |first=Eric|title=सी के साथ अल्ट्राथिन हाई-के ऑक्साइड फिल्मों के बैंड ऑफसेट|journal=Phys. Rev. B |volume=78 |issue=8|pages=085114 |doi=10.1103/PhysRevB.78.085114|display-authors=etal |year=2008|bibcode=2008PhRvB..78h5114B}}</ref> हेफ़नियम डाइऑक्साइड कुछ प्रक्रियाओं में मध्यवर्ती होती है, जो हेफ़नियम धातु को प्रदान करता है। | ||
हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड काफी निष्क्रिय है। यह | हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड काफी निष्क्रिय होते है। यह प्रबल एसिड जैसे सांद्रित [[सल्फ्यूरिक एसिड]] और प्रबल बेस रसायन विज्ञान के साथ प्रतिक्रिया करता है और इस प्रकार यह हाइड्रोफ्लोरिक एसिड में फ्लोराफेल एनीओन आयन देने के लिए यह धीरे-धीरे घुल जाता है और इस प्रकार उच्च तापमान पर वह [[ग्रेफाइट या कार्बन टेट्राक्लोराइड]] की उपस्थिति में [[क्लोरीन]] से प्रतिक्रिया करता है और [[हेफनियम टेट्राक्लोराइड]] प्रदान करता है। | ||
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हफ़निया | हफ़निया विशेष रूप से [[ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड]] (ZrO<sub>2</sub>) के समान संरचना को अपनाता है। TiO<sub>2</sub>, के विपरीत जिसमें सभी चरणों में छह-समन्वय Ti के रूप में सम्मिलित होते है, ज़िरकोनिया और हफ़निया में सात-समन्वय धातु केंद्र होते हैं। जबकी क्यूबिक [[फ्लोराइट संरचना]] (Fm3m), चतुष्कोणीय (P4<sub>2</sub>/nmc), मोनोक्लिनिक (P2<sub>1</sub>/c) और ऑर्थोरोम्बिक (Pbca और Pnma) सहित कई अन्य क्रिस्टलीय चरणों को प्रयोगात्मक रूप से देखा गया है।<ref>Table III, {{cite journal |author=V. Miikkulainen|year=2013 |journal=[[Journal of Applied Physics]] |title=Crystallinity of inorganic films grown by atomic layer deposition: Overview and general trends |volume=113 |issue= 2|pages=021301–021301–101 |doi=10.1063/1.4757907 |display-authors=etal|bibcode=2013JAP...113b1301M}}</ref> यह भी ज्ञात है कि हफ़निया दो अन्य ऑर्थोरोम्बिक मेटास्टेबल चरणों समष्टि समूह Pca2<sub>1</sub> और Pmn2<sub>1</sub> को अपना सकता है और इस प्रकार दबाव और तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला पर ग्रहण कर सकता है,<ref>{{cite journal |author1=T. D. Huan |author2=V. Sharma |author3=G. A. Rossetti, Jr. |author4=R. Ramprasad |year=2014 |journal=[[Physical Review B]] |title=हफ़निया में फेरोबिजली की ओर रास्ते|volume=90 |issue=6 |pages=064111 |doi=10.1103/PhysRevB.90.064111|arxiv=1407.1008 |bibcode=2014PhRvB..90f4111H |s2cid=53347579 }}</ref> जो संभवतः हफ़निया की पतली फिल्मों में देखी गई फेरोइलेक्ट्रिकिटी के स्रोत के रूप में हैं।<ref>{{cite journal |author= T. S. Boscke |year=2011 |journal=[[Applied Physics Letters]] |title=हेफ़नियम ऑक्साइड पतली फिल्मों में फेरोइलेक्ट्रिसिटी|volume=99 |issue=10 |pages=102903 |doi=10.1063/1.3634052|bibcode=2011ApPhL..99j2903B}}</ref> | ||
[[परमाणु परत जमाव]] द्वारा जमा हेफ़नियम ऑक्साइड की पतली फिल्में सामान्यता क्रिस्टलीय होती हैं। क्योंकि[[ अर्धचालक | अर्धचालक]] उपकरणों में अक्रिस्टलीय फिल्म विद्यमान होने से लाभ होता है और इसलिए शोधकर्ताओं ने हेफ़नियम ऑक्साइड को एल्यूमीनियम या सिलिकॉन [[हेफ़नियम सिलिकेट|(हेफ़नियम सिलिकेट]]) बनाने के साथ मिश्रित किया जाता है, जिसमें हेफ़नियम ऑक्साइड की तुलना में उच्च क्रिस्टलीकरण तापमान होता है।<ref>{{cite journal |author=J.H. Choi|year=2011 |journal=Materials Science and Engineering: R |title=Development of hafnium based high-k materials—A review |volume=72 |issue=6 |pages=97–136 |doi=10.1016/j.mser.2010.12.001 |display-authors=etal}}</ref> | |||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
[[ऑप्टिकल कोटिंग]] में हफ़निया का प्रयोग किया जाता है और [[DRAM|डीआरएएम]] (डायनेमिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी) संधारित्र में उच्च-κ डाइइलेक्ट्रिक के रूप में और उन्नत धातु ऑक्साइड अर्धचालक उपकरणों में उपयोग किया जाता है।<ref>{{cite journal |author1=H. Zhu |author2=C. Tang |author3=L. R. C. Fonseca |author4=R. Ramprasad |year=2012 |journal=[[Journal of Materials Science]] |title=हफ़निया-आधारित गेट स्टैक के आरंभिक सिमुलेशन में हाल की प्रगति|volume=47 |issue=21 |pages=7399–7416 |doi= 10.1007/s10853-012-6568-y|bibcode=2012JMatS..47.7399Z |s2cid=7806254 }}</ref> हेफ़नियम आधारित ऑक्साइड [[इंटेल]] द्वारा 2007 में [[क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर]] में गेट इंसुलेटर के रूप में [[सिलिकॉन ऑक्साइड]] के प्रतिस्थापन के रूप में प्रस्तुत किए गए थे।<ref>{{cite web |author=Intel|title=ट्रांजिस्टर डिज़ाइन में इंटेल का फ़ंडामेंटल एडवांस मूर के नियम, कम्प्यूटिंग प्रदर्शन का विस्तार करता है|url=https://www.intel.com/pressroom/archive/releases/2007/20071111comp.htm |date = 11 November 2007 |author-link=Intel Corporation }}</ref> ट्रांजिस्टर का लाभ इसका उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक है HfO<sub>2</sub> का ढांकता हुआ स्थिरांक SiO<sub>2</sub> की तुलना में 4-6 गुना अधिक होता है<ref>{{cite journal|doi=10.1063/1.1361065 | volume=89 | issue=10 | title=High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations | year=2001 | journal=Journal of Applied Physics | pages=5243–5275 | author=Wilk G. D., Wallace R. M., Anthony J. M.| bibcode=2001JAP....89.5243W }}, Table 1</ref> ढांकता हुआ स्थिरांक और अन्य गुण सामग्री के निक्षेपण विधि संरचना और सूक्ष्म संरचना पर निर्भर करते हैं। | |||
हफनियम ऑक्साइड के साथ-साथ डोप्ड और ऑक्सीजन की कमी वाले हफनियम ऑक्साइड प्रतिरोधक स्विचिंग मेमोरी और सीएमओएसओ संगत लोहवैद्युत क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टरों FeFET मेमोरी और मेमोरी चिप्स के लिए एक संभावित उम्मीदवार के रूप में अतिरिक्त रुचि आकर्षित करते हैं।<ref>{{cite web |author=Imec|title=आईमेक सीएमओएस-संगत फेरोइलेक्ट्रिक मेमोरी में सफलता प्रदर्शित करता है|url=https://www.imec-int.com/en/articles/imec-demonstrates-breakthrough-in-cmos-compatible-ferroelectric-memory |date = 7 June 2017 |author-link=Imec }}</ref><ref>{{cite web |author=The Ferroelectric Memory Company|title=World's first FeFET-based 3D NAND demonstration |url=https://ferroelectric-memory.com/2017/06/08/worlds-first-fefet-based-3d-nand-demonstration/ |date = 8 June 2017 }}</ref><ref name=HAF1>{{cite journal|title=Ferroelectricity in hafnium oxide: CMOS compatible ferroelectric field effect transistors |authors=T. S. Böscke, J. Müller, D. Bräuhaus |publisher=IEEE |doi=10.1109/IEDM.2011.6131606 |journal= 2011 International Electron Devices Meeting |pages=24.5.1–24.5.4 |date=7 Dec 2011 |isbn=978-1-4577-0505-2 }}</ref><ref name=HFO1>{{Cite book|title=Mit HFO2 voll CMOS-kompatibel|author=Nivole Ahner |publisher=Elektronik Industrie| date=August 2018|language=de}}</ref> | |||
अपने अत्यधिक उच्च गलनांक के कारण हैफनिया का उपयोग तापयुग्मों जैसे उपकरणों के इन्सुलेशन में एक दुर्दम्य सामग्री के रूप में भी उपयोग किया जाता है, जहां यह 2500 °C तक के तापमान पर काम कर सकता है।<ref>[http://www.omega.co.uk/ppt/pptsc.asp?ref=XTA-W5R26&Nav=tema06 ''Very High Temperature Exotic Thermocouple Probes'' product data], Omega Engineering, Inc., retrieved 2008-12-03</ref> | |||
इमारतों के [[निष्क्रिय शीतलन]] में उपयोग के लिए हेफ़नियम डाइऑक्साइड, सिलिका और अन्य सामग्रियों की बहुस्तरीय फिल्मों का विकास किया जाता है। फिल्में सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करती हैं और पृथ्वी के वायुमंडल से होकर गर्मी को फैलाती हैं तरंग दैर्ध्य पर विकीर्ण करती हैं और समान परिस्थितियों में आसपास की सामग्रियों की तुलना में तापमान कई डिग्री अधिक ठंडा हो सकता है।<ref>{{Cite web|title = Aaswath Raman {{!}} Innovators Under 35 {{!}} MIT Technology Review|url = http://www.technologyreview.com/lists/innovators-under-35/2015/pioneer/aaswath-raman/|access-date = 2015-09-02|date = August 2015}}</ref> | |||
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Latest revision as of 18:58, 30 June 2023
-oxid.png)
| |
_oxide.jpg)
| |
| Names | |
|---|---|
| IUPAC name
Hafnium(IV) oxide
| |
| Other names
Hafnium dioxide
Hafnia | |
| Identifiers | |
3D model (JSmol)
|
|
| ChemSpider | |
| EC Number |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
| |
| |
| Properties | |
| HfO2 | |
| Molar mass | 210.49 g/mol |
| Appearance | off-white powder |
| Density | 9.68 g/cm3, solid |
| Melting point | 2,758 °C (4,996 °F; 3,031 K) |
| Boiling point | 5,400 °C (9,750 °F; 5,670 K) |
| insoluble | |
| −23.0·10−6 cm3/mol | |
| Hazards | |
| Flash point | Non-flammable |
| Related compounds | |
Other cations
|
Titanium(IV) oxide Zirconium(IV) oxide |
Related compounds
|
Hafnium nitride |
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
| |
हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड का रासायनिक सूत्र HfO
2 के साथ अकार्बनिक यौगिक होता है जिसे हेफ़नियम डाइऑक्साइड या हैफ़निया के नाम से भी जाना जाता है। यह रंगहीन ठोस हेफ़नियम के सबसे सामान्य और स्थिर यौगिकों में से एक है और इस प्रकार यह 5.3 ~ 5.7 ev के बैंड गैप के साथ विद्युत इन्सुलेटर के रूप में होता है।[1] हेफ़नियम डाइऑक्साइड कुछ प्रक्रियाओं में मध्यवर्ती होती है, जो हेफ़नियम धातु को प्रदान करता है।
हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड काफी निष्क्रिय होते है। यह प्रबल एसिड जैसे सांद्रित सल्फ्यूरिक एसिड और प्रबल बेस रसायन विज्ञान के साथ प्रतिक्रिया करता है और इस प्रकार यह हाइड्रोफ्लोरिक एसिड में फ्लोराफेल एनीओन आयन देने के लिए यह धीरे-धीरे घुल जाता है और इस प्रकार उच्च तापमान पर वह ग्रेफाइट या कार्बन टेट्राक्लोराइड की उपस्थिति में क्लोरीन से प्रतिक्रिया करता है और हेफनियम टेट्राक्लोराइड प्रदान करता है।
संरचना
हफ़निया विशेष रूप से ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड (ZrO2) के समान संरचना को अपनाता है। TiO2, के विपरीत जिसमें सभी चरणों में छह-समन्वय Ti के रूप में सम्मिलित होते है, ज़िरकोनिया और हफ़निया में सात-समन्वय धातु केंद्र होते हैं। जबकी क्यूबिक फ्लोराइट संरचना (Fm3m), चतुष्कोणीय (P42/nmc), मोनोक्लिनिक (P21/c) और ऑर्थोरोम्बिक (Pbca और Pnma) सहित कई अन्य क्रिस्टलीय चरणों को प्रयोगात्मक रूप से देखा गया है।[2] यह भी ज्ञात है कि हफ़निया दो अन्य ऑर्थोरोम्बिक मेटास्टेबल चरणों समष्टि समूह Pca21 और Pmn21 को अपना सकता है और इस प्रकार दबाव और तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला पर ग्रहण कर सकता है,[3] जो संभवतः हफ़निया की पतली फिल्मों में देखी गई फेरोइलेक्ट्रिकिटी के स्रोत के रूप में हैं।[4]
परमाणु परत जमाव द्वारा जमा हेफ़नियम ऑक्साइड की पतली फिल्में सामान्यता क्रिस्टलीय होती हैं। क्योंकि अर्धचालक उपकरणों में अक्रिस्टलीय फिल्म विद्यमान होने से लाभ होता है और इसलिए शोधकर्ताओं ने हेफ़नियम ऑक्साइड को एल्यूमीनियम या सिलिकॉन (हेफ़नियम सिलिकेट) बनाने के साथ मिश्रित किया जाता है, जिसमें हेफ़नियम ऑक्साइड की तुलना में उच्च क्रिस्टलीकरण तापमान होता है।[5]
अनुप्रयोग
ऑप्टिकल कोटिंग में हफ़निया का प्रयोग किया जाता है और डीआरएएम (डायनेमिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी) संधारित्र में उच्च-κ डाइइलेक्ट्रिक के रूप में और उन्नत धातु ऑक्साइड अर्धचालक उपकरणों में उपयोग किया जाता है।[6] हेफ़नियम आधारित ऑक्साइड इंटेल द्वारा 2007 में क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर में गेट इंसुलेटर के रूप में सिलिकॉन ऑक्साइड के प्रतिस्थापन के रूप में प्रस्तुत किए गए थे।[7] ट्रांजिस्टर का लाभ इसका उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक है HfO2 का ढांकता हुआ स्थिरांक SiO2 की तुलना में 4-6 गुना अधिक होता है[8] ढांकता हुआ स्थिरांक और अन्य गुण सामग्री के निक्षेपण विधि संरचना और सूक्ष्म संरचना पर निर्भर करते हैं।
हफनियम ऑक्साइड के साथ-साथ डोप्ड और ऑक्सीजन की कमी वाले हफनियम ऑक्साइड प्रतिरोधक स्विचिंग मेमोरी और सीएमओएसओ संगत लोहवैद्युत क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टरों FeFET मेमोरी और मेमोरी चिप्स के लिए एक संभावित उम्मीदवार के रूप में अतिरिक्त रुचि आकर्षित करते हैं।[9][10][11][12]
अपने अत्यधिक उच्च गलनांक के कारण हैफनिया का उपयोग तापयुग्मों जैसे उपकरणों के इन्सुलेशन में एक दुर्दम्य सामग्री के रूप में भी उपयोग किया जाता है, जहां यह 2500 °C तक के तापमान पर काम कर सकता है।[13]
इमारतों के निष्क्रिय शीतलन में उपयोग के लिए हेफ़नियम डाइऑक्साइड, सिलिका और अन्य सामग्रियों की बहुस्तरीय फिल्मों का विकास किया जाता है। फिल्में सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करती हैं और पृथ्वी के वायुमंडल से होकर गर्मी को फैलाती हैं तरंग दैर्ध्य पर विकीर्ण करती हैं और समान परिस्थितियों में आसपास की सामग्रियों की तुलना में तापमान कई डिग्री अधिक ठंडा हो सकता है।[14]
संदर्भ
- ↑ Bersch, Eric; et al. (2008). "सी के साथ अल्ट्राथिन हाई-के ऑक्साइड फिल्मों के बैंड ऑफसेट". Phys. Rev. B. 78 (8): 085114. Bibcode:2008PhRvB..78h5114B. doi:10.1103/PhysRevB.78.085114.
- ↑ Table III, V. Miikkulainen; et al. (2013). "Crystallinity of inorganic films grown by atomic layer deposition: Overview and general trends". Journal of Applied Physics. 113 (2): 021301–021301–101. Bibcode:2013JAP...113b1301M. doi:10.1063/1.4757907.
- ↑ T. D. Huan; V. Sharma; G. A. Rossetti, Jr.; R. Ramprasad (2014). "हफ़निया में फेरोबिजली की ओर रास्ते". Physical Review B. 90 (6): 064111. arXiv:1407.1008. Bibcode:2014PhRvB..90f4111H. doi:10.1103/PhysRevB.90.064111. S2CID 53347579.
- ↑ T. S. Boscke (2011). "हेफ़नियम ऑक्साइड पतली फिल्मों में फेरोइलेक्ट्रिसिटी". Applied Physics Letters. 99 (10): 102903. Bibcode:2011ApPhL..99j2903B. doi:10.1063/1.3634052.
- ↑ J.H. Choi; et al. (2011). "Development of hafnium based high-k materials—A review". Materials Science and Engineering: R. 72 (6): 97–136. doi:10.1016/j.mser.2010.12.001.
- ↑ H. Zhu; C. Tang; L. R. C. Fonseca; R. Ramprasad (2012). "हफ़निया-आधारित गेट स्टैक के आरंभिक सिमुलेशन में हाल की प्रगति". Journal of Materials Science. 47 (21): 7399–7416. Bibcode:2012JMatS..47.7399Z. doi:10.1007/s10853-012-6568-y. S2CID 7806254.
- ↑ Intel (11 November 2007). "ट्रांजिस्टर डिज़ाइन में इंटेल का फ़ंडामेंटल एडवांस मूर के नियम, कम्प्यूटिंग प्रदर्शन का विस्तार करता है".
- ↑ Wilk G. D., Wallace R. M., Anthony J. M. (2001). "High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations". Journal of Applied Physics. 89 (10): 5243–5275. Bibcode:2001JAP....89.5243W. doi:10.1063/1.1361065.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link), Table 1 - ↑ Imec (7 June 2017). "आईमेक सीएमओएस-संगत फेरोइलेक्ट्रिक मेमोरी में सफलता प्रदर्शित करता है".
- ↑ The Ferroelectric Memory Company (8 June 2017). "World's first FeFET-based 3D NAND demonstration".
- ↑ T. S. Böscke, J. Müller, D. Bräuhaus (7 Dec 2011). "Ferroelectricity in hafnium oxide: CMOS compatible ferroelectric field effect transistors". 2011 International Electron Devices Meeting. IEEE: 24.5.1–24.5.4. doi:10.1109/IEDM.2011.6131606. ISBN 978-1-4577-0505-2.
{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (link) - ↑ Nivole Ahner (August 2018). Mit HFO2 voll CMOS-kompatibel (in Deutsch). Elektronik Industrie.
- ↑ Very High Temperature Exotic Thermocouple Probes product data, Omega Engineering, Inc., retrieved 2008-12-03
- ↑ "Aaswath Raman | Innovators Under 35 | MIT Technology Review". August 2015. Retrieved 2015-09-02.
