Zirkonium

Zirkonium

Zirkonium, auch Zirconium, ist ein chemisches Element.

Eigenschaften

Allgemein

Name, Symbol, Ordnungszahl Zirkonium, Zr, 40

Serie Übergangsmetalle

Gruppe, Periode, Block 4, 5 , d

Dichte, Mohshärte 6511 kg/m³, 5

Aussehen silbrig weiß

Atomar

Atomgewicht 91.224 amu

Atomradius (berechnet) 155 (206) pm

Kovalenter Radius 148 pm

van der Waals-Radius k.A.

Elektronenkonfiguration [Kr]4d4d²5s²

e^- 's pro Energieniveau 2, 8, 18, 10, 2

Oxidationszustände (Oxid) 4 (amphoter)

Kristallstruktur hexagonal

Physikalisch

Aggregatzustand (Magnetismus) fest (__)

Schmelzpunkt 2128 K (1855°C)

Siedepunkt 4682 K (4409°C)

Molares Volumen 14.02 ×1010^-3 m³/mol

Verdampfungswärme 58.2 kJ/mol

Schmelzwärme 16.9 kJ/mol

Dampfdruck 0.00168 Pa bei 2125 K

Schallgeschwindigkeit 3800 m/s bei 293.15 K

Verschiedenes

Elektronegativität 1.33 (Pauling-Skala)

Spezifische Wärmekapazität 0.27 J/(kg*K)

Elektrische Leitfähigkeit 2.36 10⁶/m Ohm

Wärmeleitfähigkeit 22.7 W/(m*K)

1. Ionisierungsenergie 640.1 kJ/mol

2. Ionisierungsenergie 1270 kJ/mol

3. Ionisierungsenergie 2218 kJ/mol

4. Ionisierungsenergie 3313 kJ/mol

5. Ionisierungsenergie 7752 kJ/mol

6. Ionisierungsenergie 9500 kJ/mol

Stabilste Isotope

Isotop NH t_1/2 ZM ZE M eV ZP

⁹⁰Zr 51.45% Zr ist stabil mit 50 Neutronen

⁹¹Zr 11.22% Zr ist stabil mit 51 Neutronen

⁹²Zr 17.15% Zr ist stabil mit 52 Neutronen

⁹³Zr {syn.} 1.53 E6 y β^- 0.091 ⁹³Nb

⁹⁴Zr 17.38% Zr ist stabil mit 54 Neutronen

⁹⁶Zr 2.8% >3.8 E19 y β^- 3.350 ⁹⁶Mo

NMR-Eigenschaften

⁹¹Zr

Kernspin -5/2

gamma / rad/T 2.496e7

Empfindlichkeit 0.00948

Larmorfrequenz bei B=4.7T 18.7 M Hz

SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt,
sofern nicht anders angegeben.

Es wurde nach dem Mineral Zirkon benannt, das eine Zirkoniumverbindung ist und 1789 von Martin Heinrich Klaproth entdeckt wurde.

Verbindungen, in denen Zirkonium vorkommt:

Zirkon

In der Halbleiterindustrie werden voraussichtlich ab 2007 bis 2008 für das Gate-Oxid von FETs so genannte high-k Materialien verwendet. Zur Zeit wird das Oxid von Silizium verwendet. Durch die fortschreitende Verkleinerung der Transistoren muss auch das Gate-Oxid dünner werden. Für die geplanten Prozesse wie 90nm und 65nm sind Oxiddicken von 1,1-1,6nm notwendig.

Je dünner das Gate-Oxid, desto größer ist aber der Leckstrom vom Gate in den Halbleiter. Um den Leckstrom zu verringern, sucht man Materialien, mit einer höheren Dielektrizitäts-Konstante als . Letzters hat . Zirkonium-Oxid hingegen erreicht . Das ebenfalls als high-k Material eingesetzte Hafnium-Oxid erreicht bis zu .

Das Gate im FET funktioniert ungefähr wie ein Kondensator. Durch eine angelegte Spannung werden an beiden Elektroden entgegensetzte Ladungen gesammelt. Die Ladung im Kanal (Inversions-Zone) führt zur Leitung des FETs. Die Ladung ist dabei . Beim Plattenkondensator ist

Würde man die Gate-Oxid-Dicke erhöhen, sinkt die Kapazität. Dadurch stehen bei gleicher angelegter Gate-Spannung weniger Elektronen im Kanal zur Verfügung und der FET leitet schlechter. Das ist gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Threshold-Spannung . Um die Ladung konstant zu halten, muss man die Dielektrizitäts-Konstate erhöhen.

In der Prozesstechnik wird die so genannte Equivalent Oxide Thickness EOT eingeführt. Sie gibt die äquivalente Oxid-Dicke an. Das ist wegen einer quantenmechanisch begründeten Verschiebung des Schwerpunktes der Ladungsverteilung von der Oberfläche in den Halbleiter hinein notwendig. Darum ist sie ein bißchen größer als die physikalische Oxid-Dicke. Sie bezieht sich auf das Dielektrikum .

Durch die Verwendung von high-k Materialien () kann die Oxiddicke bei gleichbleibender EOT um den Faktor

erhöht werden. Damit sinkt der Gate-Leckstrom beträchtlich.