हेफ़नियम (चतुर्थ) ऑक्साइड

हेफ़नियम (IV) ऑक्साइड रासायनिक सूत्र के साथ अकार्बनिक यौगिक  के रूप में 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 के बैंड गैप के साथ एक विद्युत इन्सुलेटर है। हेफ़नियम डाइऑक्साइड कुछ प्रक्रियाओं में एक मध्यवर्ती है जो हेफ़नियम धातु को प्रदान करता है।

हेफ़नियम (IV) ऑक्साइड काफी निष्क्रिय होते है। यह मजबूत एसिड जैसे सांद्रित सल्फ्यूरिक एसिड और मजबूत 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।उच्च तापमान पर वह ग्रेफाइट या कार्बन टेट्राक्लोराइड की उपस्थिति में क्लोरीन से प्रतिक्रिया करता है और हेफनियम टेट्राक्लोराइड प्रदान करता है।

संरचना
हफ़निया विशेषरूप 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। 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, जो संभवतः हफ़निया की पतली फिल्मों में देखी गई फेरोइलेक्ट्रिकिटी के स्रोत के रूप में हैं।

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।

अनुप्रयोग
Hafnia का उपयोग ऑप्टिकल कोटिंग्स में किया जाता है, और DRAM कैपेसिटर में उच्च-κ डाइइलेक्ट्रिक के रूप में और उन्नत धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर उपकरणों में किया जाता है। हेफ़नियम-आधारित ऑक्साइड इंटेल द्वारा 2007 में क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर में गेट इंसुलेटर के रूप में सिलिकॉन ऑक्साइड के प्रतिस्थापन के रूप में पेश किए गए थे। ट्रांजिस्टर का लाभ इसका उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक है: HfO का ढांकता हुआ स्थिरांक2 SiO की तुलना में 4-6 गुना अधिक है2. ढांकता हुआ स्थिरांक और अन्य गुण सामग्री के जमाव विधि, संरचना और सूक्ष्म संरचना पर निर्भर करते हैं।

हेफ़नियम ऑक्साइड (साथ ही डोप्ड और ऑक्सीजन की कमी वाले हेफ़नियम ऑक्साइड) प्रतिरोधक-स्विचिंग मेमोरी के संभावित उम्मीदवार के रूप में अतिरिक्त रुचि को आकर्षित करता है और CMOS-संगत फेरोइलेक्ट्रिक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (FeFET मेमोरी) और मेमोरी चिप्स। अपने अत्यधिक उच्च गलनांक के कारण, हैफनिया का उपयोग तापयुग्मों जैसे उपकरणों के इन्सुलेशन में एक दुर्दम्य सामग्री के रूप में भी किया जाता है, जहां यह 2500 °C तक के तापमान पर काम कर सकता है। इमारतों के निष्क्रिय शीतलन में उपयोग के लिए हेफ़नियम डाइऑक्साइड, सिलिका और अन्य सामग्रियों की बहुस्तरीय फिल्मों का विकास किया गया है। फिल्में सूर्य के प्रकाश को दर्शाती हैं और पृथ्वी के वायुमंडल से गुजरने वाली तरंग दैर्ध्य पर गर्मी विकीर्ण करती हैं, और समान परिस्थितियों में आसपास की सामग्रियों की तुलना में तापमान कई डिग्री अधिक ठंडा हो सकता है।