ハフニウム酸化物

特性

化学式: HfO₂
名称: 酸化ハフニウム(IV) / 酸化ハフニウム
CAS番号: 12055-23-1
モル質量: 210.49 g/mol
密度: 9.68 g/cm³
融点: 約2758 °C
沸点: 約5400 °C
色: 白色
形状: 微粉末または高密度焼結体
誘電率: 約25
バンドギャップ: 約5.3～5.7 eV
屈折率: 約2.1

酸化ハフニウム（HfO₂）は、現代の半導体技術で重要なHigh-k誘電体として使用される無機化合物です。また、高温環境向けの高性能セラミックスにも利用されています。一般的には無臭の白色微粉末または高密度焼結体として供給され、非常に高い熱安定性を備えています。

室温ではHfO₂は主に単斜晶構造を形成します。温度が上昇すると約1700 °Cから正方晶相へ移行し、さらに高温では立方晶相へ変化します。酸化ハフニウムは化学的に非常に安定しており、水、アルコール系媒体、多くの酸にはほとんど溶けません。一方、フッ化水素酸や高温の濃硫酸などには溶解します。

酸化ハフニウムの重要な特性の一つは、約25という高い誘電率と約5.3～5.7 eVの広いバンドギャップです。この組み合わせにより、電界効果トランジスタの非常に薄い絶縁膜として使用でき、リーク電流を抑えながら高い静電容量を維持することが可能です。

酸化ハフニウムは約2.1の高い屈折率を持ち、近紫外域から中赤外域まで良好な光学透過性を示します。そのため、干渉フィルター、レーザーミラー、多層光学コーティングなどに利用されています。

工業的には、硝酸ハフニウムやシュウ酸ハフニウムの熱分解によってHfO₂を製造できます。また、マイクロエレクトロニクス向けの機能性薄膜には、揮発性ハフニウム前駆体を用いた原子層堆積法（ALD）が使用されます。

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特長

• High-k用途に適した高い誘電率
• 薄い絶縁膜でのリーク電流低減
• 非常に高い熱安定性
• 約2758 °Cの高い融点
• 約5.3～5.7 eVの広いバンドギャップ
• 約2.1の高い屈折率
• 近紫外域から中赤外域までの良好な光学透過性
• 高い化学的安定性

用途

• マイクロエレクトロニクス用High-k誘電体
• 集積回路、CPU、GPU
• DRAM・RRAM構造
• 電界効果トランジスタ
• 光学干渉フィルター
• レーザーミラー
• 反射防止コーティング
• 特殊・耐火セラミックス
• 熱遮蔽コーティング
• 高純度合成用るつぼ
• 切削用セラミックス
• 中性子吸収材料
• 機能性薄膜ガスセンサー

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