Tantalnitrid

Kristallstruktur
(c) Goran tek-en, CC BY-SA 4.0
_ Ta3+ 0 _ N3−
Allgemeines
Name	Tantalnitrid
Andere Namen	Tantal(III)-nitrid Tantalmononitrid
Verhältnisformel	TaN
Kurzbeschreibung	grauer, geruchloser Feststoff[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12033-62-4 EG-Nummer 234-788-4 ECHA-InfoCard 100.031.613 PubChem 82832 ChemSpider 74745 Wikidata Q415489
Eigenschaften
Molare Masse	194,96 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	13,8 g·cm−3 (ε-Form)[2] 15,6 g·cm−3 (δ-Form)[2]
Schmelzpunkt	3360 °C[1]
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1] keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Tantalnitride sind keramische Verbindungen aus Tantal und Stickstoff. Sie treten in mehreren Modifikationen und Oxidationsstufen auf (α-TaN, ε-TaN, Ta₂N, Ta₃N₅, Ta₄N₅, Ta₅N₆). Am häufigsten verwendet wird Tantalmononitrid TaN. Es wird hauptsächlich bei der Chipherstellung als Sperr- und Haftschicht (Low-K-Dielektrika) verwendet, kommt jedoch auch bei hochgenauen Dünnschichtwiderständen zum Einsatz. Bei Dickschicht-Solarzellen setzt man Tantalnitrid als Diffusionsbarriere ein. Das Material wird dabei durch Sputtern aufgetragen. Weiterhin wird Tantalnitrid als Beschichtungsmaterial in der Medizintechnik oder von Schmelztiegeln verwendet, da es resistent gegen flüssige Aktiniden-Metalle ist.

Gewinnung und Darstellung

Tantalnitrid-Schichten können auf verschiedene Arten erzeugt werden. Die derzeit meist angewendete Methode ist die Sputterdeposition von Tantal in Anwesenheit von Stickstoffionen (reaktive Sputterdeposition). Im Zentrum der Forschung steht derzeit die Abscheidung von Tantalnitrid mithilfe der chemischen Gasphasenabscheidung bzw. der Atomlagenabscheidung. Hierfür werden metallorganische Reaktionsgase (Precursor) benötigt, die als Tantal-Quelle dienen. Ebenfalls notwendig ist eine Stickstoffquelle, wie das sehr häufig eingesetzte Ammoniak, das bei den üblichen Prozesstemperaturen von 200–400 °C dissoziiert. Es gibt allerdings auch Reaktionsgase wie TBTDET (Tert-Butylimido-Tris(Diethylamido)Tantal), das sowohl als Tantal- als auch als Stickstoffquelle dient. Darüber hinaus existieren noch unzählige weitere Möglichkeiten Tantalnitrid-Schichten zu erzeugen, wie beispielsweise die Ionenimplantation von Stickstoff in Tantal-Schichten.

Tantal(V)-nitrid Ta₃N₅ als valenzmäßig zusammengesetztes, nicht metallisches Nitrid kann durch Umsetzung von Tantal(V)-oxid mit Ammoniak oder Tantal(V)-chlorid mit Ammoniumchlorid dargestellt werden.^[3]

${\displaystyle \mathrm {3\ Ta_{2}O_{5}+10\ NH_{3}\longrightarrow 2\ Ta_{3}N_{5}+15\ H_{2}O} }$

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e} Datenblatt Tantalum nitride, 99.5% (metals basis) bei AlfaAesar, abgerufen am 7. Dezember 2019 (PDF) (JavaScript erforderlich).
2. ↑ ^{a b} Dale L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds. CRC Press, 2016, ISBN 978-1-4398-1462-8, S. 410 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
3. ↑ Georg Brauer (Hrsg.) u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band III, Ferdinand Enke, Stuttgart 1981, ISBN 3-432-87823-0, S. 1472.

Literatur

• Jens Baumann: Herstellung, Charakterisierung und Bewertung leitfähiger Diffusionsbarrieren auf Basis von Tantal, Titan und Wolfram für die Kupfermetallisierung von Siliciumschaltkreisen. Shaker, Aachen 2004. – ISBN 3-832-22532-3 (Weblink zum PDF, 45,38 MB)

Weblinks

• Binäre Nitride von Niob und Tantal (PDF-Datei; 4,6 MB)