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Zirkonium


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Zirkonium auch Zirconium ist ein chemisches Element .

Abbildungen [1]
Eigenschaften
Allgemein
Name Symbol Ordnungszahl Zirkonium Zr 40
Serie Übergangsmetalle
Gruppe Periode Block 4 5 d
Aussehen silbrig weiß
Atomar
Atomgewicht 91 224
Atomradius (berechnet) 155 (206) pm
Kovalenter Radius 148 pm
van der Waals-Radius k.A.
Elektronenkonfiguration [ Kr ]4d 2 5 s 2
Elektronen pro Energieniveau 2 8 18 10 2
Oxidationszustände ( Oxid ) 4 ( amphoter )
Kristallstruktur hexagonal
Physikalisch
Aggregatzustand ( Magnetismus ) fest ( __ )
Dichte Mohshärte 6511 kg/m 3 5
Schmelzpunkt 2128 K (1855 °C )
Siedepunkt 4682 K (4409 °C)
Molares Volumen 14 02·10 -3 m 3 /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 10 6 S /m
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
90 Zr 51 45% Zr ist stabil mit 50 Neutronen
91 Zr 11 22% Zr ist stabil mit 51 Neutronen
92 Zr 17 15% Zr ist stabil mit 52 Neutronen
93 Zr {syn.} 1 53·10 6 a β - 0 091 93 Nb
94 Zr 17 38% Zr ist stabil mit 54 Neutronen
96 Zr 2 8% >3 8·10 19 a β - 3 350 96 Mo
NMR-Eigenschaften
91 Zr
Kernspin -5/2
gamma / rad / T 2 496·10 7
Empfindlichkeit 0 00948
Larmorfrequenz bei B = 4 7 T 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.

Inhaltsverzeichnis

Vorkommen

Verbindungen in denen Zirkonium in der am Häufigsten vorkommt:

Anwendungen

Für Zirkon gibt es zur Zeit nennenswerten Anwendungsgebiete. Allerdings wurde Zirkon zu Zeiten Kalten Krieges wegen seiner relativ geringen Dichte seiner Fähigkeit Gammastrahlen zu blockieren in den von Atombomben verwendet. Heutzutage wird es selten Pyrotechnik eingesetzt.

in Halbleitern

In der Halbleiterindustrie werden voraussichtlich ab bis 2008 für das Gate-Oxid von FETs so genannte high-k Materialien verwendet. Zur wird das Oxid von Silizium <math>\mbox{SiO}_2</math> verwendet. die fortschreitende Verkleinerung der Transistoren muss auch Gate-Oxid dünner werden. Für die geplanten Prozesse 90nm und 65nm sind Oxiddicken von 1 6nm notwendig.

Je dünner das Gate-Oxid desto größer aber der Leckstrom vom Gate in den Um den Leckstrom zu verringern sucht man mit einer höheren Dielektrizitäts-Konstante <math>\epsilon_r</math> als <math>\mbox{SiO}_2</math>. hat <math>\epsilon_r = 3.9</math>. Zirkonium-Oxid <math>\mbox{ZrO}_2</math> hingegen <math>\epsilon_r = 25</math>. Das ebenfalls als high-k eingesetzte Hafnium -Oxid erreicht bis zu <math>\epsilon_r = 30 40</math>.

Das Gate im FET funktioniert ungefähr ein Kondensator. Durch eine angelegte Spannung werden beiden Elektroden entgegensetzte Ladungen gesammelt. Die Ladung Kanal (Inversions-Zone) führt zur Leitung des FETs. Ladung ist dabei <math>Q = C U</math>. Plattenkondensator ist

<math>C = \frac{\epsilon A}{d}</math>.

Würde man die Gate-Oxid-Dicke <math>d</math> erhöhen die Kapazität. Dadurch stehen bei gleicher angelegter <math>U_{GS}</math> weniger Elektronen im Kanal zur Verfügung der FET leitet schlechter. Das ist gleichbedeutend einer Erhöhung der Threshold-Spannung <math>U_T</math>. Um die konstant zu halten muss man die Dielektrizitäts-Konstate = \epsilon_0 \epsilon_r</math> erhöhen.

In der Prozesstechnik wird die so Equivalent Oxide Thickness EOT eingeführt. Sie gibt äquivalente Oxid-Dicke an. Das ist wegen einer begründeten Verschiebung des Schwerpunktes der Ladungsverteilung von Oberfläche in den Halbleiter hinein notwendig. Darum sie ein bißchen größer als die physikalische Sie bezieht sich auf das Dielektrikum <math>\mbox{SiO}_2</math>.

Durch die Verwendung von high-k Materialien = \epsilon_r</math>) kann die Oxiddicke bei gleichbleibender um den Faktor

<math>\frac{\epsilon_{r ZrO_2}}{\epsilon_{r SiO_2}} = 6.4</math>

erhöht werden. Damit sinkt der Gate-Leckstrom

Weblinks



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