Óxido de hafnio (IV)

El hafnio adopta típicamente la misma estructura que la zirconia (ZrO₂). A diferencia del TiO₂, que presenta Ti de seis coordenadas en todas las fases, la zirconia y el hafnio constan de centros metálicos de siete coordenadas. Se han observado experimentalmente una variedad de otras fases cristalinas, que incluyen fluorita cúbica (Fm3m), tetragonal (P4₂/nmc), monoclínica (P2₁/c) y ortorrómbica (Pbca y Pnma).^[3] También se sabe que el hafnio puede adoptar otras dos fases metaestables ortorrómbicas (grupo espacial Pca2₁ y Pmn2₁) en un amplio rango de presiones y temperaturas,^[4] presumiblemente siendo las fuentes de la ferroelectricidad observada en películas delgadas de hafnio.^[5]

Las películas delgadas de óxidos de hafnio depositadas por la deposición de la capa atómica suelen ser cristalinas. Debido a que los dispositivos semiconductores se benefician de tener películas amorfas presentes, los investigadores han producido aleaciones de óxido de hafnio con aluminio o silicio (formando silicatos de hafnio), que tienen una temperatura de cristalización más alta que el óxido de hafnio.^[6]

El hafnio se utiliza en recubrimientos ópticos y como dieléctrico de alto κ en condensadores DRAM y en dispositivos semiconductores avanzados de óxido metálico.^[7] Los óxidos a base de hafnio fueron introducidos por Intel en 2007 como un reemplazo del óxido de silicio como aislante de puerta (gate) en transistores de efecto de campo .^[8] La ventaja de los transistores es su alta constante dieléctrica : la constante dieléctrica del HfO ₂ es 4-6 veces mayor que la del SiO ₂ .^[9] La constante dieléctrica y otras propiedades dependen del método de deposición, composición y microestructura del material.

El óxido de hafnio (así como el óxido de hafnio dopado y deficiente en oxígeno) atrae un interés adicional como posible candidato para la construcción de memorias de conmutación resistiva,^[10] así como transistores de efecto de campo ferroeléctrico compatibles con CMOS (memoria FeFET ) y chips de memoria.^{[11][12][13][14]}

Debido a su alto punto de fusión, el hafnio también se utiliza como material refractario en el aislamiento de dispositivos como termopares, donde puede operar a temperaturas de hasta 2500 °C.^[15]

Se han desarrollado películas de varias capas de dióxido de hafnio, sílice y otros materiales para su uso en la refrigeración pasiva de edificios. Las películas reflejan la luz solar e irradian calor en longitudes de onda que atraviesan la atmósfera de la Tierra y pueden tener temperaturas varios grados más frías que los materiales circundantes en las mismas condiciones.^[16]