تشتيت مواد التلميع بالموجات فوق الصوتية (CMP)
- يسبب عدم تجانس حجم الجسيمات وعدم تجانس توزيع أحجامها أضرارًا جسيمة للسطح الجاري تلميعه أثناء عملية CMP.
- يُعد التشتيت بالموجات فوق الصوتية تقنية فائقة لتشتيت جسيمات التلميع النانوية وتفكيك تكتلاتها.
- يؤدي التشتيت المتجانس الذي يتحقق بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى معالجة فائقة للأسطح بتقنية CMP، مع تجنب الخدوش والعيوب الناتجة عن الحبيبات المفرطة الحجم.
تشتيت جسيمات التلميع بالموجات فوق الصوتية
تحتوي معلقات التلميع / التسوية الكيميائية الميكانيكية (CMP) على جسيمات كاشطة (نانوية) لتوفير خصائص التلميع المطلوبة. وتشمل الجسيمات النانوية الكاشطة الشائعة الاستخدام ثاني أكسيد السيليكون (السيليكا، SiO2)، وأكسيد السيريوم (السيريا، CeO2)، وأكسيد الألومنيوم (الألومينا، Al2O3)، وα- وy-Fe203، والألماس النانوي، وغيرها. ولتجنب إلحاق الضرر بالسطح الجاري تلميعه، يجب أن تكون الجسيمات الكاشطة متجانسة الشكل وذات توزيع ضيق لأحجام الحبيبات. ويتراوح متوسط حجم الجسيمات بين 10 و100 نانومتر، بحسب تركيبة CMP واستخدامها.
من المعروف أن التشتيت بالموجات فوق الصوتية ينتج مشتتات متجانسة ومستقرة على المدى الطويل. ويعمل التجويف بالموجات فوق الصوتية وقوى القص على إقران الطاقة اللازمة بالمعلق، بحيث تتفكك التكتلات ويُتغلب على قوى فان دير فالس وتتوزع الجسيمات النانوية الكاشطة بشكل متجانس. وتتيح المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقليل حجم الجسيمات بدقة إلى حجم الحبيبات المستهدف. ومن خلال المعالجة المتجانسة للمعلق بالموجات فوق الصوتية، يمكن التخلص من الحبيبات المفرطة الحجم وعدم تجانس توزيع الأحجام – مما يضمن معدل إزالة المادة المطلوب في عملية CMP مع تقليل حدوث الخدوش إلى الحد الأدنى.
- حجم الجسيمات المستهدف
- تجانس عالٍ
- تركيز المواد الصلبة من منخفض إلى مرتفع
- موثوقية عالية
- تحكم دقيق
- قابلية دقيقة لإعادة إنتاج النتائج
- توسيع خطي وسلس للنطاق الإنتاجي
تُستخدم المجانسات بالموجات فوق الصوتية لتشتيت مواد التلميع وطحنها
يُعد التشتيت بالموجات فوق الصوتية تقنية موثوقة وعالية الكفاءة لإنتاج جسيمات أكسيد السيريوم النانوية.
تحضير تركيبات CMP بالموجات فوق الصوتية
يُستخدم الخلط والمزج بالموجات فوق الصوتية في العديد من الصناعات لإنتاج معلقات مستقرة تتراوح لزوجتها من منخفضة إلى مرتفعة جدًا. ولإنتاج معلقات CMP متجانسة ومستقرة، تُشتت المواد الكاشطة (مثل السيليكا وجسيمات السيريا النانوية وα- وy-Fe203 وغيرها)، والمواد المضافة والمواد الكيميائية (مثل المواد القلوية ومثبطات الصدأ والمثبتات) في السائل الأساسي (مثل الماء المنقى).
من حيث الجودة، من الضروري لمعلقات التلميع عالية الأداء أن يتمتع المعلق باستقرار طويل الأمد وتوزيع متجانس للغاية للجسيمات.
يوفر التشتيت وتحضير التركيبات بالموجات فوق الصوتية الطاقة اللازمة لتفكيك تكتلات مواد التلميع الكاشطة وتوزيعها. وتتيح إمكانية التحكم الدقيق في معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية الحصول على أفضل النتائج بكفاءة وموثوقية عاليتين.
جهاز التشتيت بالموجات فوق الصوتية UP400St لإنتاج معلقات CMP في المختبر.
أنظمة التشتيت بالموجات فوق الصوتية
توفر Hielscher Ultrasonics أنظمة موجات فوق صوتية عالية القدرة لتشتيت المواد النانوية مثل السيليكا والسيريا والألومينا والألماس النانوي. وتوفر أجهزة المعالجة الموثوقة بالموجات فوق الصوتية الطاقة اللازمة، وتُنشئ المفاعلات المتطورة بالموجات فوق الصوتية ظروفًا مثلى للعملية، ويتمتع المشغل بتحكم دقيق في جميع المعلمات، بحيث يمكن ضبط نتائج العملية بالموجات فوق الصوتية بدقة وفقًا لأهداف العملية المطلوبة (مثل حجم الحبيبات وتوزيع الجسيمات وغيرها).
تُعد سعة الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية إحدى أهم معلمات العملية. أما Hielscher، فتستطيع أنظمتها الصناعية بالموجات فوق الصوتية توفير سعات اهتزاز عالية جدًا بموثوقية. ويمكن بسهولة التشغيل المستمر بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm في نمط تشغيل 24/7. وتضمن القدرة على التشغيل بسعات اهتزاز عالية كهذه تحقيق أهداف العملية حتى عندما تكون متطلباتها شديدة الصعوبة. ويمكن ضبط جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا بدقة وفقًا لظروف العملية المطلوبة ومراقبتها بسهولة عبر البرنامج المدمج. ويضمن ذلك أعلى مستويات الموثوقية وجودة ثابتة ونتائج قابلة لإعادة الإنتاج. وتتيح متانة معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية التشغيل بنمط 24/7 تحت أحمال تشغيل شديدة وفي بيئات صعبة.
يُعد MultiSonoReactor MSR-4 مجانسًا صناعيًا ضمن خط الإنتاج، مناسبًا للإنتاج الصناعي لطين الحفر. وتُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتشتيت مواد التلميع وطحنها.
المؤلفات / المراجع
- Mondragón Cazorla R., Juliá Bolívar J. E.,Barba Juan A., Jarque Fonfría J. C. (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology Vol. 224, 2012.
- Pohl M., Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. Partec, 2004.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
حقائق جديرة بالمعرفة
التسوية الكيميائية الميكانيكية (CMP)
تُستخدم معلقات التلميع/التسوية الكيميائية الميكانيكية (CMP) لتنعيم الأسطح. ويتكون معلق CMP من مكونات كيميائية ومكونات كاشطة ميكانيكية. وبذلك، يمكن وصف CMP بأنها طريقة تجمع بين الحفر الكيميائي والتلميع الكاشط.
تُستخدم معلقات CMP على نطاق واسع لتلميع أسطح أكسيد السيليكون والسيليكون متعدد البلورات والمعادن وتنعيمها. وأثناء عملية CMP، تُزال التضاريس السطحية من سطح الرقاقة (مثل أشباه الموصلات والرقائق الشمسية ومكونات الأجهزة الإلكترونية).
المواد الخافضة للتوتر السطحي
للحصول على تركيبة CMP مستقرة على المدى الطويل، تُضاف مواد خافضة للتوتر السطحي لإبقاء الجسيمات النانوية في معلق متجانس. ويمكن أن تكون عوامل التشتيت الشائعة الاستخدام كاتيونية أو أنيونية أو غير أيونية، وتشمل كبريتات دوديسيل الصوديوم (SDS)، وكلوريد سيتيل البيريدينيوم (CPC)، وملح الصوديوم لحمض الكابريك، وملح الصوديوم لحمض اللوريك، وكبريتات ديسيل الصوديوم، وكبريتات هكساديسيل الصوديوم، وبروميد هكساديسيل ثلاثي ميثيل الأمونيوم (C16TAB)، وبروميد دوديسيل ثلاثي ميثيل الأمونيوم (C12TAB)، وTriton X-100، وTween 20، وTween 40، وTween 60، وTween 80، وSymperonic A4، وA7، وA11، وA20.