ハフニュウム(Hf)は高融点、耐食性の遷移金属であり、Zrの化学特性と似ており、Zrと共生している。
そのターゲット材は薄膜堆積プロセス(例えばPVD、CVD)に用いられ、半導体、原子力、航空宇宙などの分野で重要な応用を持っている。
1.特性
1)高融点と耐高温性
・Hfの融点は2233℃まで高く、高温スパッタリングプロセス(例えば半導体製造)に適している。
・高温でも優れた機械的強度及び化学的安定性を維持することができる。
2)優れた耐食性
・ハフニュウム(Hf)は常温で酸、アルカリ、海水などの腐食性媒体に対して極めて強い耐食性を有する。
・表面は緻密な酸化膜(HfO₂)を形成しやすく、さらに酸化防止性を強化する。
3)高純度と均一性
・工業用Hfターゲットの純度は通常≧99.9%(3 N)であり、高純度Hfターゲットは99.95%(3N5)以上に達することができる。
・結晶粒径が均一(50μm未満)であり、薄膜堆積の安定性と一致性を確保する。
4)優れた核性能
2.主な用途
1)半導体とマイクロエレクトロニクス業界
・高誘電率(High-k)ゲート材料:HfO₂(酸化ハフニウム)薄膜を使用して、従来のSiO₂の代わりに先進プロセスチップ(例えば7 nm以下)を製造し、漏れ電流を減少させる。
・銅相互接続バリア層:Hf薄膜は、銅(Cu)がシリコン基材に拡散するのを防止し、集積回路の信頼性を高めることができる。
2)原子力産業
・原子炉制御棒:核分裂反応速度を調節し、原子炉の安全な運転を確保するためにハフニウムの高い中性子吸収能力が使用される。
・核燃料被覆:Hf合金は、燃料棒の耐食性及び耐照射性を高めることができる。
3)航空宇宙と高温コーティング
・航空エンジン部品:Hf合金はタービン翼、燃焼室などの高温部品に用いられ、耐熱性と抗酸化性を高める。
・熱バリアコーティング(TBCs):HfO₂は、高温酸化から金属基材を保護する熱バリアコーティングの構成要素として機能する。
4)光学・光電分野
・反射防止膜と高屈折率膜:光学レンズ、レーザ、AR/VRデバイスに用いられ、光透過率を向上させます。
・X線回折ターゲット:Hfターゲットは、安定した放射源を提供するX線管に使用することができます。
5)医療・生体材料
・医療用インプラントコーティング:Hfは生体適合性が高く、人工関節などの整形インプラントの表面処理に使用でき、
拒絶反応を低減させる。
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