Hexafluoreto de tungstênio - Tungsten hexafluoride
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Nomes | |||
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Nomes IUPAC
Hexafluoreto de
tungstênio fluoreto de tungstênio (VI) |
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Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol )
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ECHA InfoCard | 100.029.117 | ||
PubChem CID
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UNII | |||
Painel CompTox ( EPA )
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Propriedades | |||
WF 6 | |||
Massa molar | 297,830 g / mol | ||
Aparência | Gás incolor | ||
Densidade | 12,4 g / l (gás) 4,56 g / cm 3 (-9 ° C, sólido) |
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Ponto de fusão | 2,3 ° C (36,1 ° F; 275,4 K) | ||
Ponto de ebulição | 17,1 ° C (62,8 ° F; 290,2 K) | ||
Hidrolisa | |||
−40,0 · 10 −6 cm 3 / mol | |||
Estrutura | |||
Octaédrico | |||
zero | |||
Perigos | |||
Riscos principais | Tóxico, corrosivo; dá HF em contato com água | ||
Ponto de inflamação | Não inflamável | ||
Compostos relacionados | |||
Outros ânions
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Hexacloreto de tungstênio Hexabrometo de tungstênio |
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Outros cátions
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Fluoreto de cromo (VI) Fluoreto de molibdênio (VI) |
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Compostos relacionados
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Fluoreto de tungstênio (IV) Fluoreto de tungstênio (V) |
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Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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verificar (o que é ?) | |||
Referências da Infobox | |||
O fluoreto de tungstênio (VI) , também conhecido como hexafluoreto de tungstênio , é um composto inorgânico com a fórmula W F 6 . É um gás tóxico, corrosivo e incolor, com uma densidade de cerca de 13 g / L (cerca de 11 vezes mais pesado que o ar). É um dos gases mais densos conhecidos em condições padrão. O WF 6 é comumente usado pela indústria de semicondutores para formar filmes de tungstênio, por meio do processo de deposição química de vapor . Esta camada é usada em uma " interconexão " metálica de baixa resistividade . É um dos dezessete hexafluoretos binários conhecidos .
Propriedades
A molécula WF 6 é octaédrica com o grupo de pontos de simetria de O h . As distâncias da ligação W – F são 183,2 pm . Entre 2,3 e 17 ° C , o hexafluoreto de tungstênio se condensa em um líquido amarelo pálido com a densidade de 3,44 g / cm 3 em 15 ° C . No 2,3 ° C ele congela em um sólido branco com uma estrutura cristalina cúbica, a constante de rede de 628 pm e densidade calculada 3,99 g / cm 3 . No −9 ° C esta estrutura se transforma em um sólido ortorrômbico com as constantes de rede de a = 960,3 pm , b = 871,3 pm e c = 504,4 pm , e a densidade de 4,56 g / cm 3 . Nesta fase, a distância W – F é 181 pm, e os contatos intermoleculares mais próximos médios são 312 pm . Enquanto o gás WF 6 é um dos gases mais densos, com a densidade excedendo a do rádon do gás elementar mais pesado (9,73 g / L), a densidade do WF 6 no estado líquido e sólido é bastante moderada. A pressão de vapor de WF 6 entre -70 e 17 ° C podem ser descritos pela equação
- log 10 P = 4,55569 - 1021.208 / T + 208,45 ,
onde P = pressão de vapor ( bar ), T = temperatura (° C).
Síntese
O hexafluoreto de tungstênio é comumente produzido pela reação exotérmica de gás flúor com pó de tungstênio a uma temperatura entre 350 e 400 ° C :
- W + 3 F 2 → WF 6
O produto gasoso é separado do WOF 4 , uma impureza comum, por destilação. Numa variação da fluoração direta, o metal é colocado em um reator aquecido, levemente pressurizado a 1,2 a 2,0 psi (8,3 a 13,8 kPa), com fluxo constante de WF 6 infundido com uma pequena quantidade de gás flúor .
O flúor gasoso no método acima pode ser substituído por Cl F , ClF
3 ou Br F
3 . Um procedimento alternativo para a produção de fluoreto de tungstênio é reagir trióxido de tungstênio (WO 3 ) com HF, BrF 3 ou SF 4 . O fluoreto de tungstênio também pode ser obtido pela conversão de hexacloreto de tungstênio :
- WCl 6 + 6 HF → WF 6 + 6 HCl ou
- WCl 6 + 2 AsF 3 → WF 6 + 2 AsCl 3 ou
- WCl 6 + 3 SbF 5 → WF 6 + 3 SbF 3 Cl 2
Reações
Em contato com a água, o hexafluoreto de tungstênio dá fluoreto de hidrogênio (HF) e oxifluoretos de tungstênio, eventualmente formando trióxido de tungstênio :
- WF 6 + 3 H 2 O → WO 3 + 6 HF
Ao contrário de alguns outros fluoretos de metal, o WF 6 não é um agente de fluoração útil nem um oxidante poderoso. Pode ser reduzido para o amarelo WF 4 .
Aplicações na indústria de semicondutores
A aplicação dominante do fluoreto de tungstênio é na indústria de semicondutores, onde é amplamente utilizado para depositar metal de tungstênio em um processo químico de deposição de vapor . A expansão da indústria nas décadas de 1980 e 1990 resultou no aumento do consumo de WF 6 , que permanece em torno de 200 toneladas por ano em todo o mundo. O metal de tungstênio é atraente por causa de sua estabilidade térmica e química relativamente alta, bem como baixa resistividade (5,6 µΩ · cm) e eletromigração . WF 6 é preferido em relação a compostos relacionados, como WCl 6 ou WBr 6 , por causa de sua pressão de vapor mais alta, resultando em taxas de deposição mais altas. Desde 1967, duas rotas de deposição WF 6 foram desenvolvidas e empregadas, decomposição térmica e redução de hidrogênio. A pureza do gás WF 6 necessária é bastante alta e varia entre 99,98% e 99,9995%, dependendo da aplicação.
As moléculas de WF 6 devem ser divididas no processo de CVD. A decomposição é geralmente facilitada pela mistura de WF 6 com hidrogênio, silano , alemão , diborano , fosfina e gases contendo hidrogênio relacionados.
Silício
WF 6 reage ao entrar em contato com um substrato de silício . A decomposição de WF 6 em silício é dependente da temperatura:
- 2 WF 6 + 3 Si → 2 W + 3 SiF 4 abaixo de 400 ° C e
- WF 6 + 3 Si → W + 3 SiF 2 acima de 400 ° C.
Essa dependência é crucial, pois o dobro do silício está sendo consumido em temperaturas mais altas. A deposição ocorre seletivamente em Si puro apenas, mas não em óxido ou nitreto de silício, portanto, a reação é altamente sensível à contaminação ou ao pré-tratamento do substrato. A reação de decomposição é rápida, mas satura quando a espessura da camada de tungstênio atinge 10-15 micrômetros . A saturação ocorre porque a camada de tungstênio interrompe a difusão das moléculas de WF 6 para o substrato de Si, que é o único catalisador de decomposição molecular neste processo.
Se a deposição ocorrer não em uma atmosfera inerte, mas em uma atmosfera contendo oxigênio (ar), então, em vez de tungstênio, uma camada de óxido de tungstênio é produzida.
Hidrogênio
O processo de deposição ocorre em temperaturas entre 300 e 800 ° C e resulta na formação de vapores de ácido fluorídrico :
- WF 6 + 3 H 2 → W + 6 HF
A cristalinidade das camadas de tungstênio produzidas pode ser controlada alterando a razão WF 6 / H 2 e a temperatura do substrato: taxas e temperaturas baixas resultam em (100) cristalitos de tungstênio orientados, enquanto valores mais altos favorecem a orientação (111). A formação de HF é uma desvantagem, pois o vapor de HF é muito agressivo e desgasta a maioria dos materiais. Além disso, o tungstênio depositado mostra fraca adesão ao dióxido de silício, que é o principal material de passivação na eletrônica de semicondutores. Portanto, o SiO 2 deve ser coberto com uma camada tampão extra antes da deposição de tungstênio. Por outro lado, a corrosão por HF pode ser benéfica para remover camadas de impurezas indesejadas.
Silano e alemão
As características da deposição de tungstênio do WF 6 / SiH 4 são alta velocidade, boa adesão e suavidade da camada. As desvantagens são o risco de explosão e a alta sensibilidade da taxa de deposição e morfologia aos parâmetros do processo, como proporção de mistura, temperatura do substrato, etc. Portanto, o silano é comumente usado para criar uma fina camada de nucleação de tungstênio. Em seguida, é trocado para hidrogênio, que retarda a deposição e limpa a camada.
A deposição da mistura WF 6 / GeH 4 é semelhante à de WF 6 / SiH 4 , mas a camada de tungstênio fica contaminada com germânio relativamente (em comparação com Si) pesado até concentrações de 10-15%. Isso aumenta a resistência ao tungstênio de cerca de 5 a 200 µΩ · cm.
Outras aplicações
WF 6 pode ser usado para a produção de carboneto de tungstênio .
Como um gás pesado, o WF 6 pode ser usado como um tampão para controlar as reações do gás. Por exemplo, ele desacelera a química da chama de Ar / O 2 / H 2 e reduz a temperatura da chama.
Segurança
O hexafluoreto de tungstênio é um composto extremamente corrosivo que ataca qualquer tecido. Devido à formação de ácido fluorídrico após a reação do WF 6 com a umidade, os recipientes de armazenamento do WF 6 têm gaxetas de Teflon .