Hafniumoxideachtige

Hafniumoxideachtige is een term die verwijst naar materialen die op hafniumoxide (hafnia, HfO2) zijn gebaseerd of dit oxide als dominante component bevatten. Het omvat zuivere hafnia‑achtige systemen, hafnia-zirconia solidoplossingen (Hf1−xZrxO2), gedopte hafnia en nanostructuren waarin hafnia de hoofdstructuur of het functionele bestanddeel vormt. In dit kader wordt de term vaak gebruikt om zowel dunne films als nanopartikels te beschrijven die eigenschappen delen met hafniumoxide.

Kenmerkende eigenschappen zijn onder meer een hoge diëlektrische constante (k) voor hafnia‑houdende lagen, een breed bandgap en uitstekende thermische stabiliteit. In bulkvorm is hafniumoxide bij kamertemperatuur meestal monoclinisch, maar door dopingen, stofspanning of epitaxiale condities kunnen tetragonale of orthorhombische fasen worden gestabiliseerd. Van bijzonder belang zijn hafnia-zirconia solidoplossingen, waarin bepaalde composities ferroelectriciteit vertonen bij kamertemperatuur dankzij de stabilisatie van een orthorombische fasen; deze ferroelectriciteit maakt hafniumoxideachtige materialen interessant voor geheugenapplicaties.

Toepassingen richten zich vooral op de micro-elektronica en gerelateerde velden. Hafnia‑gebaseerde dielektrica worden veel gebruikt als high-k gate-oxides in CMOS-transistors vanwege hun combinatie van hoge k-waarde en compatibiliteit met silicium. Ferroelectric hafnia‑houdende materialen bieden potentieel voor niet-vluchtige geheugen-technologieën (FeRAM) en neuromorfe elektronica. Daarnaast komen hafniumoxideachtige materialen voor in beschermende coatings, optische lagen en katalytische toepassingen waar chemische stabiliteit en hittebestendigheid gewenst zijn.

Productie vindt doorgaans plaats via dunne-filmafzettingstechnieken zoals atomaire laagafzetting (ALD), chemical vapor deposition (CVD) of sputteren, met hafniumprecursoren (bijv. TDMAH, hafnium-alkoxiden) en oxidatie-activiteiten als kernstap. De onderzoeks- en ontwikkelingsgebieden richten zich op fase-stabilisatie, controle van leakage en relië door doping en integratieprocessen.