Tantalnitrid

Kristallstruktur
Strukturformel von Tantalnitrid
Vorlage:Farbe Ta3+ 0 Vorlage:Farbe N3−
Allgemeines
Name	Tantalnitrid
Andere Namen	Tantal(III)-nitrid Tantalmononitrid
Verhältnisformel	TaN
Kurzbeschreibung	grauer, geruchloser Feststoff<ref name="Alfa">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 234-788-4 ECHA-InfoCard 100.031.613 PubChem 82832 ChemSpider 74745 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	194,96 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	13,8 g·cm−3 (ε-Form)<ref name="Dale L. Perry">Dale L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds. CRC Press, 2016, ISBN 978-1-4398-1462-8, S. 410 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref> 15,6 g·cm−3 (δ-Form)<ref name="Dale L. Perry" />
Schmelzpunkt	3360 °C<ref name="Alfa"/>
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser<ref name="Alfa"/>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="Alfa"/> keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze<ref name="Alfa"/>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

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-Dielektrikum) 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 (Präkursor) 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.<ref name="brauer">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.</ref>

<math>\mathrm{3 \ Ta_2O_5 + 10 \ NH_3 \longrightarrow 2 \ Ta_3N_5 + 15 \ H_2O}</math>

Verwendung und Eigenschaften

Tantalnitrid wird in der Halbleiterfertigung als Diffusionsbarriere verwendet.<ref>Mark LaPedus: Challenges Mount For Interconnect. In: Semiconductor Engineering. 26. Juni 2012, abgerufen am 23. April 2026 (). </ref>

Theta-Phasen-Tantalnitrid ist ein extrem guter Wärmeleiter. Mit 1100 Watt pro Meter und Kelvin leitet es Wärme mehr als doppelt so gut wie Kupfer.<ref>Nadja Podbregar: Metall mit Rekord-Wärmeleitfähigkeit entdeckt. In: scinexx | Das Wissensmagazin. 4. Februar 2026, abgerufen am 23. April 2026. </ref>

Einzelnachweise

<references/>

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

Datei:Commons-logo.svg

Commons: Tantalnitrid – Sammlung von Bildern

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