Διασπορά στιλβωτικών μέσων με υπερήχους (CMP)

Το ανομοιόμορφο μέγεθος των σωματιδίων και η ανομοιογενής κατανομή μεγέθους των σωματιδίων προκαλούν σοβαρές ζημιές στη στιλβωμένη επιφάνεια κατά τη διαδικασία CMP.
Η διασπορά με υπερήχους αποτελεί ανώτερη τεχνική για τη διασπορά και την αποσυσσωμάτωση στιλβωτικών σωματιδίων νανομετρικού μεγέθους.
Η ομοιόμορφη διασπορά που επιτυγχάνεται με την κατεργασία με υπερήχους οδηγεί σε ανώτερη επεξεργασία επιφανειών με CMP, αποφεύγοντας γρατζουνιές και ατέλειες λόγω υπερμεγέθων κόκκων.

Διασπορά στιλβωτικών σωματιδίων με υπερήχους

Οι πολφοί χημικομηχανικής στίλβωσης / επιπεδοποίησης (CMP) περιέχουν λειαντικά (νανο)σωματίδια, ώστε να παρέχουν τις επιθυμητές ιδιότητες στίλβωσης. Στα συνήθως χρησιμοποιούμενα νανοσωματίδια με λειαντικές ιδιότητες περιλαμβάνονται το διοξείδιο του πυριτίου (πυριτία, SiO₂), το οξείδιο του δημητρίου (διοξείδιο του δημητρίου, CeO₂), το οξείδιο του αργιλίου (αλουμίνα, Al₂O₃), α- και y-Fe₂0₃, τα νανοδιαμάντια, μεταξύ άλλων. Για να αποφεύγονται ζημιές στη στιλβωμένη επιφάνεια, τα λειαντικά σωματίδια πρέπει να έχουν ομοιόμορφο σχήμα και στενή κατανομή μεγέθους κόκκων. Το μέσο μέγεθος των σωματιδίων κυμαίνεται μεταξύ 10 και 100 νανομέτρων, ανάλογα με τη σύνθεση CMP και τη χρήση της.
Η διασπορά με υπερήχους είναι ευρέως γνωστή για την παραγωγή ομοιόμορφων διασπορών με μακροχρόνια σταθερότητα. Η υπερηχητική σπηλαίωση και οι δυνάμεις διάτμησης μεταφέρουν την απαιτούμενη ενέργεια στο εναιώρημα, ώστε να διασπώνται τα συσσωματώματα, να υπερνικώνται οι δυνάμεις van der Waals και να κατανέμονται ομοιόμορφα τα λειαντικά νανοσωματίδια. Με την κατεργασία με υπερήχους είναι δυνατή η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων ακριβώς στο επιδιωκόμενο μέγεθος κόκκων. Με την ομοιόμορφη επεξεργασία του πολφού με υπερήχους μπορούν να εξαλειφθούν οι υπερμεγέθεις κόκκοι και η ανομοιόμορφη κατανομή μεγέθους – εξασφαλίζοντας τον επιθυμητό ρυθμό αφαίρεσης υλικού κατά την CMP και ελαχιστοποιώντας παράλληλα την εμφάνιση γρατζουνιών.

Πλεονεκτήματα των διασπορών CMP με υπερήχους

στοχευμένο μέγεθος σωματιδίων
υψηλή ομοιομορφία
χαμηλή έως υψηλή συγκέντρωση στερεών
υψηλή αξιοπιστία
ακριβής έλεγχος
ακριβής αναπαραγωγιμότητα
γραμμική, απρόσκοπτη αύξηση κλίμακας

Διασπορά στιλβωτικών σωματιδίων με υπερήχους σε πολφούς και εναιωρήματα CMP.

Οι ομογενοποιητές υπερήχων χρησιμοποιούνται για τη διασπορά και την άλεση στιλβωτικών μέσων

Διασπορά πυρογενούς διοξειδίου του πυριτίου με υπερήχους: Ο ομογενοποιητής υπερήχων Hielscher UP400S διασπείρει τη σκόνη διοξειδίου του πυριτίου γρήγορα και αποτελεσματικά σε μεμονωμένα νανοσωματίδια.

Το οξείδιο του δημητρίου(IV), γνωστό και ως οξείδιο του τετρασθενούς δημητρίου, διοξείδιο του τετρασθενούς δημητρίου, διοξείδιο του δημητρίου, οξείδιο του δημητρίου ή διοξείδιο του δημητρίου, μπορεί να αλεστεί και να διασπαρεί αποδοτικά και ομοιόμορφα με κατεργασία με υπερήχους. Οι συσκευές διασποράς με υπερήχους μειώνουν το μέγεθος των σωματιδίων οξειδίου του δημητρίου σε μικρομετρική και νανομετρική κλίμακα, π.χ. για χρήση ως στιλβωτικά μέσα.

Η διασπορά με υπερήχους είναι μια αξιόπιστη και ιδιαίτερα αποδοτική τεχνολογία για την παραγωγή νανοσωματιδίων οξειδίου του δημητρίου.

Παρασκευή συνθέσεων CMP με υπερήχους

Η ανάμειξη και η ομογενοποίηση με υπερήχους χρησιμοποιούνται σε πολλούς κλάδους για την παραγωγή σταθερών εναιωρημάτων με χαμηλό έως πολύ υψηλό ιξώδες. Για την παραγωγή ομοιόμορφων και σταθερών πολφών CMP, τα λειαντικά υλικά (π.χ. πυριτία, νανοσωματίδια διοξειδίου του δημητρίου, α- και y-Fe₂0₃ κ.λπ.), τα πρόσθετα και οι χημικές ουσίες (π.χ. αλκαλικά υλικά, αναστολείς σκουριάς, σταθεροποιητές) διασπείρονται στο υγρό βάσης (π.χ. καθαρισμένο νερό).
Από πλευράς ποιότητας, για τους πολφούς στίλβωσης υψηλών επιδόσεων είναι απαραίτητο το εναιώρημα να παρουσιάζει μακροχρόνια σταθερότητα και ιδιαίτερα ομοιόμορφη κατανομή σωματιδίων.
Η διασπορά και η παρασκευή συνθέσεων με υπερήχους παρέχουν την απαιτούμενη ενέργεια για την αποσυσσωμάτωση και την κατανομή των λειαντικών στιλβωτικών μέσων. Η δυνατότητα ακριβούς ελέγχου των παραμέτρων επεξεργασίας με υπερήχους προσφέρει τα καλύτερα αποτελέσματα με υψηλή απόδοση και αξιοπιστία.

Η διασπορά με υπερήχους είναι ιδιαίτερα αποδοτική για τη διασπορά λειαντικών στιλβωτικών μέσων σε πολφούς CMP.

Συσκευή διασποράς με υπερήχους UP400St για την παραγωγή πολφών CMP στο εργαστήριο.

Συστήματα διασποράς με υπερήχους

Η Hielscher Ultrasonics παρέχει συστήματα υπερήχων υψηλής ισχύος για τη διασπορά υλικών νανομετρικού μεγέθους, όπως η πυριτία, το διοξείδιο του δημητρίου, η αλουμίνα και τα νανοδιαμάντια. Οι αξιόπιστοι επεξεργαστές υπερήχων παρέχουν την απαιτούμενη ενέργεια, οι προηγμένοι αντιδραστήρες υπερήχων δημιουργούν βέλτιστες συνθήκες διεργασίας και ο χειριστής έχει ακριβή έλεγχο όλων των παραμέτρων, ώστε τα αποτελέσματα της διεργασίας υπερήχων να μπορούν να προσαρμοστούν ακριβώς στους επιθυμητούς στόχους της διεργασίας (όπως μέγεθος κόκκων, κατανομή σωματιδίων κ.λπ.).
Μία από τις σημαντικότερες παραμέτρους της διεργασίας είναι το πλάτος ταλάντωσης των υπερήχων. Η Hielscher διαθέτει βιομηχανικά συστήματα υπερήχων που μπορούν να παρέχουν αξιόπιστα πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης. Πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm μπορούν εύκολα να διατηρούνται συνεχώς σε λειτουργία 24/7. Η δυνατότητα λειτουργίας με τόσο υψηλά πλάτη ταλάντωσης διασφαλίζει ότι μπορούν να επιτευχθούν ακόμη και πολύ απαιτητικοί στόχοι διεργασίας. Όλοι οι επεξεργαστές υπερήχων μας μπορούν να ρυθμιστούν με ακρίβεια στις απαιτούμενες συνθήκες διεργασίας και να παρακολουθούνται εύκολα μέσω του ενσωματωμένου λογισμικού. Αυτό εξασφαλίζει τη μέγιστη αξιοπιστία, σταθερή ποιότητα και αναπαραγώγιμα αποτελέσματα. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.

Βιομηχανικός ομογενοποιητής υπερήχων για την αποδοτική διασπορά και άλεση στιλβωτικών μέσων.

Ο MultiSonoReactor MSR-4 είναι ένας βιομηχανικός ομογενοποιητής εν σειρά, κατάλληλος για τη βιομηχανική παραγωγή πολφών γεώτρησης. Η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται για τη διασπορά και την άλεση στιλβωτικών μέσων.

Σχετικά θέματα

Βιβλιογραφία / Αναφορές

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.

Χρήσιμες πληροφορίες

Χημικομηχανική επιπεδοποίηση (CMP)

Οι πολφοί χημικομηχανικής στίλβωσης/επιπεδοποίησης (CMP) χρησιμοποιούνται για την εξομάλυνση επιφανειών. Ο πολφός CMP αποτελείται από χημικά και μηχανικά λειαντικά συστατικά. Επομένως, η CMP μπορεί να περιγραφεί ως συνδυαστική μέθοδος χημικής χάραξης και λειαντικής στίλβωσης.
Τα εναιωρήματα CMP χρησιμοποιούνται ευρέως για τη στίλβωση και την εξομάλυνση επιφανειών οξειδίου του πυριτίου, πολυκρυσταλλικού πυριτίου και μετάλλων. Κατά τη διαδικασία CMP, οι τοπογραφικές ανωμαλίες αφαιρούνται από την επιφάνεια του δισκίου (π.χ. ημιαγωγοί, δισκία φωτοβολταϊκών κυψελών, εξαρτήματα ηλεκτρονικών συσκευών).

Επιφανειοδραστικές ουσίες

Για να επιτευχθεί μια σύνθεση CMP με μακροχρόνια σταθερότητα, προστίθενται επιφανειοδραστικές ουσίες ώστε τα νανοσωματίδια να διατηρούνται σε ομοιογενές εναιώρημα. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι παράγοντες διασποράς μπορεί να είναι κατιονικοί, ανιονικοί ή μη ιονικοί και περιλαμβάνουν το δωδεκυλοθειικό νάτριο (SDS), το χλωριούχο κετυλοπυριδίνιο (CPC), το άλας νατρίου του καπρικού οξέος, το άλας νατρίου του λαυρικού οξέος, το δεκυλοθειικό νάτριο, το δεκαεξυλοθειικό νάτριο, το βρωμιούχο δεκαεξυλοτριμεθυλαμμώνιο (C₁₆TAB), το βρωμιούχο δωδεκυλοτριμεθυλαμμώνιο (C₁₂TAB), τα Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 και A20.