HfO2(酸化ハフニウム)の特性

2011年5月8日更新

HfO2(酸化ハフニウム)は、紫外域から赤外域までを透過波長域とする高屈折率材料です。吸収端を215nm付近に持つため、紫外域用の光学部品にもよく使われます。膜はKrF等の紫外域のレーザー耐性、耐候性に優れ、可視域での透過率も確保できることから保護膜としても使われます。

HfO2は材料の物性上、Zrとは不可分な関係にありますが、膜質に影響を与える不純物を取り除いてあることが肝要で、通常純度についてもZr分はカウントせずに表記します。また含有するZrの極力少ない高純度材料を用いることで、より短波長側での吸収を抑えることができます。Hf(ハフニウム)そのものは、原子力の制御棒に使われる材料ですが、その酸化物であるHfO2は高誘電率(High-k)材料としても使われる材料です。難点としては、他の汎用酸化物に比べると価格が高いため、使う製品を選ぶという点が挙げられます。

膜特性(HfO2 酸化ハフニウム)
屈折率 1.95(550 nm近辺)
使用波長域 0.22 〜 12μm
蒸発方法 EB(電子ビーム)
蒸発源材料 -
蒸発タイプ 昇華型
膜質 やや硬い
応力 引っ張り
主な用途 紫外線用多層膜、高誘電率(High-k)材料
HfO2の材料特性(一般的なバルクの物性値)
理論密度 9.68g/cm3
融点 2810℃
沸点 5400℃
性質 水溶性:不溶
耐薬品性(酸、アルカリ):不溶
結晶構造 単斜(ZrO2と同形、Hfは七配位)※3
抵抗率ρ/10^-8Ωm 5 x 10^15 温度(θ/℃)450℃ ※2
誘電率、比誘電率εγ -
熱膨張係数 3.8 x 10^-6 ※4
熱伝導率(cal/cm/sec/℃) 0.39 x 10^-2 ※4
比熱(cal/℃/mole) 14.73 260 T(℃) ※4
外観 白色
CAS-NO 12055-23-1
輸送情報 輸出貿易管理令(リスト規制該当)※輸出には経済産業省の許可が必要です。

参照文献

  • ※1:[日本化学会編,“化学便覧 基礎編 改訂5版”,丸善(2005),p.T-274]
  • ※2:[日本化学会編,“化学便覧 基礎編 改訂5版”,丸善(2005),p.U-612]
  • ※3: 前掲 p.U-838
  • ※4:生産現場における光学薄膜の設計・作製・評価技術 監修/小倉繁太郎 技術情報協会 2001年1月22日 第7章第11節『紫外線波長用フィルター』p266-267 小倉繁太郎

専門誌等で発表されているHfO2の薄膜に関する研究論文

掲載誌 Applied Surface Science 253(2006)1111-1115
タイトル "Influence of negative ion element impurities on laser induced damage threshold of HfO2 thin film"
著者 ShiGang Wu, GuangLei Tian, ZhiLin Xia, JianDa Shao, ZhengXiu Fan
概要 HfO2膜のレーザー耐性(Nd:YAG 1064nm)に影響を与える不純物元素について考察
掲載誌 Thin Solid Films vol.410 (2002) p.86-93
タイトル "A comparative study of the UV optical and structural properties of SiO2, Al2O3, and HfO2 single layers deposited by reactive evaporation, ion-assisted deposition and plasma ion-assisted deposition"
著者 R.Thielsch, A.Gatto, J.Heber, N.Kaiser
概要 反応性蒸着、イオンアシスト蒸着(IAD)、プラズマイオンアシスト蒸着のそれぞれの蒸着手法で成膜したSiO2,Al2O3,HfO2の単層膜の光学的特性、構造的特性(膜の緻密度、表面粗さ、結晶性)、表面形態、HfO2のレーザー損傷閾値(LIDT、248nmのKrFエキシマレーザー照射)に影響を及ぼす条件についての研究論文
掲載誌 Thin Solid Films vol.358 (2000) p.250-258
タイトル "HfO2 films with high laser damage threshold"
著者 M.Alvisi, M.Di.Giulio, S.G.Marrone, M.R.Perrone, M.L.Protopapa, A.Valentini, L.Vasanelli
概要 溶融石英基板上にイオンアシスト蒸着(IAD)もしくはデュアルイオンビームスパッタリング(DIBS)で成膜されたHfO2膜の光学的・構造的特性とレーザー損傷閾値(LIDT、XeClレーザー308nm)との関係について調査した研究論文
掲載誌 Thin Solid Films 350(1999)203-208
タイトル "Study of HfO2 films prepared by ion-assisted deposition using a gridless end-hall ion source"
著者 M. Gilo, N. Croitoru
概要 EB蒸着とIADによる蒸着でHf、HfO2を出発原料とした場合のレーザー損傷閾値、光学特性について検証した
掲載誌 APPLIED OPTICS vol.24, No.4 /15 February 1985
タイトル "Materials for optical coatings in the ultraviolet"
著者 Frank Rainer, W.Howard Lowdermilk, David Milam, Charles K.Carniglia, Trudy Tuttle Hart, and Terri L.Lichtenstein
概要 ZrO2,Na3AlF6,ThO2,Y2O3,HfO2,Sc2O3,MgO,Al2O3,YF3,NaF,LiF,MgF2,LaF3,SiO2,ThF4 の各物質についての紫外域でのレーザー損傷閾値LIDT(2物質の組み合わせを含む)について調査した研究論文
掲載誌 APPLIED OPTICS vol.29, No.28 /1 October 1990
タイトル "Vacuum ultraviolet thin films. 1: Optical constants of BaF2, CaF2, LaF3, MgF2, Al2O3, HfO2, and SiO2 thin films"
著者 Muamer Zukic, Douglas G.Torr, James F.Spann, and Marsha R.Torr
概要 MgF2(バルクと薄膜),BaF2,CaF2,LaF3,MgF2,Al2O3,HfO2,SiO2の各薄膜について、120-230nmのVUV領域(真空紫外域)における光学特性についての研究論文

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