ハフニウム（Hf）：半導体の薄膜と原子炉の制御

ハフニウムは、ジルコニウムと一緒に産出する金属です。化学的にはよく似た二つの元素が、原子炉では異なる役割を担い、ハフニウムの酸化物は半導体にも使われます。

Hf｜原子番号72｜ハフニウム
第6周期・第4族。金属は高融点で、酸化物は絶縁材料になります。

見てみよう：姿・色・三態の変化

銀白色で、腐食に強い金属です。ジルコニウムとよく似た化学的性質をもち、鉱石にも一緒に入ります。原子炉では中性子をよく吸収する性質を生かして使われ、ジルコニウムとは違う役割を担当します。

項目	状態・温度
20℃・約1気圧	固体
融点の目安	約2233℃
沸点の目安	約4600℃
三態の見取り図	融点より低温で固体、融点と沸点の間で液体、沸点より高温で気体（約1気圧・平衡状態の目安）

温度は純物質の代表値を読みやすく丸めています。約1気圧を基本とし、同素体・純度・圧力で値は変わります。融解や沸騰の境界では二つの相が共存します。

常温は六方最密構造で、高温では別構造に変わります。ジルコニウムとの化学的な似方は電子配置、核反応の違いは原子核に関係します。周期表で同じ族だから、すべての性能が同じになるわけではありません。

¹⁸⁰Hfや¹⁷⁸Hfなど複数の天然同位体があります。¹⁷⁶Hfは¹⁷⁶Luの崩壊からも生まれ、古い地殻の形成史を調べる手掛かりです。

同位体は、陽子の数が同じで、中性子の数が異なる原子です。次はCIAAWの2024年版にある代表組成、または試料間で認められる範囲です。割合は質量ではなく原子の個数で表します。

割合は近似値です。測定の不確かさは表では省略し、原資料に示されています。範囲の上下端は異なる試料の値で、上下端どうしを足して100％にするものではありません。100％の表記でも、特殊な環境や人工試料まで他核種が存在しないという意味ではありません。

1923年、コスターとヘヴェシーはジルコンをX線で調べ、原子番号72の元素を発見しました。名称はコペンハーゲンのラテン語名Hafniaに由来します。ジルコニウムとの近い性質が分離を難しくし、発見を遅らせていました。

ジルコニウムとハフニウムは同じ鉱物に入りやすく、化学的に分けにくい組合せです。中性子に対する性質は大きく異なり、ハフニウムは中性子をよく吸収します。この違いが原子炉の制御材料としての用途を生みます。

Intelは2007年、ハフニウム系の高誘電率材料を用いた45nm世代のプロセッサーを発表しました。ゲート絶縁膜に高誘電率材料を使うことで、電気的な制御能力を保ちながら漏れ電流を抑えます。微細化は寸法を縮める技術に加え、材料を選び直す技術でもあります。

原料はジルコンです。南アフリカやオーストラリアなどの鉱物砂の採掘から、ジルコニウムとの分離工程につながります。フランスなどに加工設備があり、鉱石の産地と精製金属の生産拠点は一致しません。

供給量はジルコニウムの生産と分離能力に左右されます。半導体用途では高純度の成膜原料、原子炉用途では金属の品質が必要です。少量の高機能材料を安定供給するには、鉱山から化学加工までの工程を確保します。

ハフニウムの国別生産量は公表情報が限られます。ジルコン生産量をハフニウム金属の生産量として扱いません。

資料確認：2026年10月。資源統計の対象年は各出典に記載しています。