Nitruro di tantalio

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Nitruro di tantalio
Nomi alternativi
Tantalum mononitride
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareTaN
Massa molecolare (u)194,955 g/mol
Aspettocristalli neri
Numero CAS12033-62-4
Numero EINECS234-788-4
PubChem82832
SMILES
N#[Ta]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/l, in c.s.)14300
Solubilità in acquainsolubile
Temperatura di fusione3090
Indicazioni di sicurezza
Punto di fiammanon infiammabile
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Il nitruro di tantalio è un composto chimico, un nitruro del tantalio con formula chimica TaN. Ci sono più fasi del composto, come Ta2N e Ta3N5.

Come film sottile, il nitruro di tantalio trova impiego come barriera alla diffusione e strato isolante tra le interconnessioni in rame nella parte posteriore della linea di chip per computer. I nitruri di tantalio sono utilizzati anche nei resistori a film sottile.

Struttura cristallina

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Il nitruro di tantalio possiede struttura esagonale con simbolo di Pearson hP6 e gruppo spaziale P62m (gruppo nº189).

Diagramma di fase

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Il sistema tantalio-azoto comprende diversi stati tra cui una soluzione solida di azoto nel tantalio, nonché diverse fasi di nitruro, che possono variare dalla stechiometria prevista a causa delle vacanze reticolari[1]. La ricottura del nitruro di tantalio ricco di azoto può portare alla conversione in una miscela a due fasi di TaN e Ta5N6[1].

Si pensa che Ta5N6 sia il composto più termicamente stabile, sebbene si decomponga nel vuoto a 2500 °C in Ta2N[1]. È stata segnalata la decomposizione nel vuoto da Ta3N5 via Ta4N5, Ta5N6, ε-TaN, a Ta2N[2].

Preparazione

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Il nitruro di tantalio è spesso preparato come film sottili. I metodi per depositare i film includono la polverizzazione catodica RF-magnetron-reattivo[3][4], la polverizzazione catodica in corrente continua (DC)[5], la sintesi ad alta temperatura autopropagante (SHS) tramite la "combustione" della polvere di tantalio in azoto[1], deposizione di vapore chimico metalloorganico a bassa pressione (LP-MOCVD)[6], la Ion Beam Assisted Deposition (IBAD)[7], e evaporazione del tantalio mediante fascio di elettroni in concerto con ioni di azoto ad alta energia[8]

A seconda della quantità relativa di azoto, il film depositato può variare da TaN (fcc) a Ta2N (esagonale) al diminuire dell'azoto[4]. Sono state riportate anche una varietà di altre fasi dalla deposizione tra cui:

  • bcc e nitruro di tantalio esagonale
  • Ta5N6 esagonale
  • Ta4N5 tetragonale
  • Ta6N2,5 ortorombica, Ta4N o Ta3N5 [4]

Le proprietà elettriche dei film di nitruro di tantalio variano da conduttore metallico a isolante a seconda del relativo rapporto di azoto, con film ricchi di azoto che sono più resistivi[9].

Usi

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A volte viene utilizzato nella produzione di circuiti integrati per creare una barriera alla diffusione o strati di "colla" tra rame o altri metalli conduttivi. Nel caso della lavorazione BEOL (a circa 20 nm), il rame viene prima rivestito con tantalio, poi con nitruro di tantalio mediante deposizione fisica di fase vapore (PVD); questo rame rivestito con barriera viene quindi rivestito con altro rame mediante PVD e riempito con rame rivestito elettroliticamente, prima di essere lavorato meccanicamente (molatura/lucidatura)[10].

Trova applicazione anche nei resistori a film sottile[3] Ha il vantaggio, rispetto ai resistori al nichelcromo, di formare una pellicola di ossido passivante resistente all'umidità[11].

Note

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  1. ^ a b c d (EN) Inna P. Borovinskaya, Tantalum Nitride, in Concise Encyclopedia of Self-Propagating High-Temperature Synthesis - History, Theory, Technology, and Products, 2017, pp. 370–371, DOI:10.1016/B978-0-12-804173-4.00150-2, ISBN 978-01-28-04173-4.
  2. ^ (EN) Nobuzo Terao, Structure of Tantalum Nitrides, in Japanese Journal of Applied Physics, vol. 10, n. 2, 1971, pp. 248–259, DOI:10.1143/JJAP.10.248.
  3. ^ a b (EN) Teruhisa Akashi, Fabrication of a Tantalum-Nitride Thin-Film Resistor with a Low-Variability Resistance, in IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines, vol. 125, n. 4, 2005, pp. 182–187, DOI:10.1541/ieejsmas.125.182.
  4. ^ a b c (EN) Anna Zaman e Efstathios I. Meletis, Microstructure and Mechanical Properties of TaN Thin Films Prepared by Reactive Magnetron Sputtering, in Coatings, vol. 7, n. 12, 23 novembre 2017, p. 209, DOI:10.3390/coatings7120209.
  5. ^ (EN) Lucas Lima, Milena D. Moreiraa, Fred Cioldin, José Alexandre Diniza e Ioshiaki Doi, Tantalum Nitride as Promising Gate Electrode for MOS Technology, in ECS Trans., vol. 31, n. 1, 2010, pp. 319–325, DOI:10.1149/1.3474175.
  6. ^ (EN) M.H. Tsai e S.C. Sun, Metalorganic chemical vapor deposition of tantalum nitride by tertbutylimidotris(diethylamido)tantalum for advanced metallization, in Appl. Phys. Lett., vol. 67, n. 8, 1995, p. 1128, DOI:10.1063/1.114983.
  7. ^ (EN) K. Baba, R. Hatada, K. Udoh e K. Yasuda, Structure and properties of NbN and TaN films prepared by ion beam assisted deposition, in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 127–128, 2 maggio 1997, pp. 841–845, DOI:10.1016/S0168-583X(97)00018-9.
  8. ^ (EN) W. Ensinger, M. Kiuchi e M. Satou, Low‐temperature formation of metastable cubic tantalum nitride by metal condensation under ion irradiation, in Journal of Applied Physics, vol. 77, n. 12, 1995, p. 6630, DOI:10.1063/1.359073.
  9. ^ (EN) Deok-kee Kim, Heon Lee, Donghwan Kim e Young Keun Kim, Electrical and mechanical properties of tantalum nitride thin films deposited by reactive sputtering, in Journal of Crystal Growth, vol. 283, 3–4, ottobre 2005, pp. 404–408, DOI:10.1016/j.jcrysgro.2005.06.017.
  10. ^ (EN) Mark LaPedus, Challenges Mount For Interconnect, su semiengineering.com, 26 giugno 2012.
  11. ^ (EN) Licari James J. e Leonard R. Enlow, 2.5 Characteristics of Tantalum Nitride Resistors, in Hybrid Microcircuit technology Handbook, 2ª ed., Noyes Publications, 1998, pp. 83-4.

Voci correlate

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Altri progetti

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