پراکنش فراصوتی مواد پرداخت‌کاری (CMP)
- اندازهٔ غیریکنواخت ذرات و توزیع ناهمگن اندازهٔ ذرات، طی فرایند CMP آسیب‌های شدیدی به سطح پرداخت‌شده وارد می‌کند.
- پراکنش فراصوتی روشی برتر برای پراکنده‌سازی و کلوخه‌زدایی ذرات پرداخت‌کاری در ابعاد نانو است.
- پراکنش یکنواخت حاصل از فراصوت‌دهی، موجب بهبود پردازش سطوح با CMP می‌شود و از خراش‌ها و عیوب ناشی از دانه‌های بیش‌ازحد درشت جلوگیری می‌کند.
پراکنش فراصوتی ذرات پرداخت‌کاری
دوغاب‌های پرداخت‌کاری / مسطح‌سازی شیمیایی–مکانیکی (CMP) حاوی ذرات ساینده در ابعاد معمول یا نانو هستند تا ویژگی‌های مطلوب پرداخت‌کاری را فراهم کنند. نانوذرات سایندهٔ رایج عبارت‌اند از دی‌اکسید سیلیسیم (سیلیکا، SiO2)، اکسید سریم (سریا، CeO2)، اکسید آلومینیوم (آلومینا، Al2O3)، α- و y-Fe203، نانوالماس‌ها و موارد دیگر. برای جلوگیری از آسیب به سطح پرداخت‌شده، ذرات ساینده باید شکل یکنواخت و توزیع اندازهٔ دانهٔ باریکی داشته باشند. میانگین اندازهٔ ذرات، بسته به فرمولاسیون CMP و کاربرد آن، بین 10 و 100 نانومتر است.
پراکنده‌سازی فراصوتی به‌عنوان روشی برای تولید پراکنه‌های یکنواخت با پایداری بلندمدت شناخته شده است. پدیدهٔ فراصوتیِ کاویتاسیون و نیروهای برشی، انرژی موردنیاز را به سوسپانسیون منتقل می‌کنند تا کلوخه‌ها شکسته شوند، بر نیروهای واندروالس غلبه شود و نانوذرات ساینده به‌طور یکنواخت توزیع شوند. با فراصوت‌دهی می‌توان اندازهٔ ذرات را دقیقاً تا اندازهٔ دانهٔ هدف کاهش داد. با پردازش فراصوتی یکنواخت دوغاب، می‌توان دانه‌های بیش‌ازحد درشت و توزیع غیریکنواخت اندازه را حذف کرد – به‌این‌ترتیب، نرخ مطلوب برداشت ماده در CMP تضمین می‌شود و ایجاد خراش به حداقل می‌رسد.
- اندازهٔ ذرات مطابق هدف
- یکنواختی بالا
- غلظت کم تا زیاد مواد جامد
- قابلیت اطمینان بالا
- کنترل دقیق
- تکرارپذیری دقیق
- افزایش مقیاس خطی و بدون وقفه
هموژنایزرهای فراصوتی برای پراکنده‌سازی و آسیاب‌کردن مواد پرداخت‌کاری استفاده می‌شوند
پراکنش فراصوتی فناوری قابل‌اعتماد و بسیار کارآمدی برای تولید نانوذرات اکسید سریم است.
فرمولاسیون فراصوتی CMP
اختلاط و آمیختن فراصوتی در بسیاری از صنایع برای تولید سوسپانسیون‌های پایدار با گرانروی کم تا بسیار زیاد استفاده می‌شود. برای تولید دوغاب‌های یکنواخت و پایدار CMP، مواد ساینده (برای مثال سیلیکا، نانوذرات سریا، α- و y-Fe203 و غیره)، افزودنی‌ها و مواد شیمیایی (برای مثال مواد قلیایی، بازدارنده‌های زنگ‌زدگی و پایدارکننده‌ها) در مایع پایه (برای مثال آب تصفیه‌شده) پراکنده می‌شوند.
از نظر کیفیت، برای دوغاب‌های پرداخت‌کاری با عملکرد بالا ضروری است که سوسپانسیون پایداری بلندمدت و توزیع بسیار یکنواخت ذرات داشته باشد.
پراکنده‌سازی و فرمولاسیون فراصوتی، انرژی موردنیاز برای کلوخه‌زدایی و توزیع مواد سایندهٔ پرداخت‌کاری را تأمین می‌کند. قابلیت کنترل دقیق پارامترهای پردازش فراصوتی، بهترین نتایج را با کارایی و قابلیت اطمینان بالا به دست می‌دهد.
دستگاه پراکنده‌ساز فراصوتی UP400St برای تولید دوغاب‌های CMP در آزمایشگاه.
سامانه‌های پراکنده‌سازی فراصوتی
Hielscher Ultrasonics سامانه‌های فراصوتی پرتوان را برای پراکنده‌سازی موادی در ابعاد نانو، مانند سیلیکا، سریا، آلومینا و نانوالماس‌ها، عرضه می‌کند. پردازشگرهای فراصوتی قابل‌اعتماد، انرژی موردنیاز را تأمین می‌کنند، راکتورهای فراصوتی پیشرفته شرایط بهینهٔ فرایند را ایجاد می‌کنند و اپراتور بر همهٔ پارامترها کنترل دقیق دارد؛ بنابراین، نتایج فرایند فراصوتی را می‌توان دقیقاً مطابق اهداف مطلوب فرایند (مانند اندازهٔ دانه، توزیع ذرات و غیره) تنظیم کرد.
یکی از مهم‌ترین پارامترهای فرایند، دامنهٔ ارتعاش فراصوتی است. در Hielscher، سامانه‌های فراصوتی صنعتی می‌توانند دامنه‌های ارتعاش بسیار بالا را به‌طور قابل‌اعتماد فراهم کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌های تا 200µm به‌راحتی در حالت 24/7 امکان‌پذیر است. قابلیت کار با چنین دامنه‌های بالایی تضمین می‌کند که حتی اهداف فرایندی بسیار دشوار نیز دست‌یافتنی باشند. تمامی پردازشگرهای فراصوتی ما را می‌توان دقیقاً مطابق شرایط موردنیاز فرایند تنظیم کرد و به‌آسانی از طریق نرم‌افزار داخلی پایش نمود. این امر بالاترین قابلیت اطمینان، کیفیت ثابت و نتایج تکرارپذیر را تضمین می‌کند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher امکان کارکرد 24/7 را تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
MultiSonoReactor MSR-4 یک هموژنایزر صنعتی درون‌خطی مناسب برای تولید صنعتی گل‌های حفاری است. فراصوت‌دهی برای پراکنده‌سازی و آسیاب‌کردن مواد پرداخت‌کاری استفاده می‌شود.
منابع علمی / مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
مسطح‌سازی شیمیایی–مکانیکی (CMP)
دوغاب‌های پرداخت‌کاری/مسطح‌سازی شیمیایی–مکانیکی (CMP) برای هموارکردن سطوح استفاده می‌شوند. دوغاب CMP از اجزای شیمیایی و اجزای ساینده با عملکرد مکانیکی تشکیل شده است. بنابراین، CMP را می‌توان روشی ترکیبی از اچ شیمیایی و پرداخت‌کاری سایشی توصیف کرد.
سوسپانسیون‌های CMP به‌طور گسترده برای پرداخت‌کاری و هموارکردن سطوح اکسید سیلیسیم، پلی‌سیلیسیم و فلزات استفاده می‌شوند. طی فرایند CMP، پستی‌وبلندی‌های سطح ویفر (برای مثال در نیمه‌رساناها، ویفرهای خورشیدی و اجزای دستگاه‌های الکترونیکی) برداشته می‌شوند.
مواد فعال سطحی
برای دستیابی به فرمولاسیون CMP با پایداری بلندمدت، مواد فعال سطحی افزوده می‌شوند تا نانوذرات در یک سوسپانسیون همگن باقی بمانند. عوامل پراکنده‌ساز رایج می‌توانند کاتیونی، آنیونی یا غیریونی باشند و شامل سدیم دودسیل سولفات (SDS)، ستیل پیریدینیوم کلرید (CPC)، نمک سدیم اسید کاپریک، نمک سدیم اسید لوریک، دسیل سدیم سولفات، هگزادسیل سدیم سولفات، هگزادسیل‌تری‌متیل‌آمونیوم برومید (C16TAB)، دودسیل‌تری‌متیل‌آمونیوم برومید (C12TAB)، Triton X-100، Tween 20، Tween 40، Tween 60، Tween 80، Symperonic A4، A7، A11 و A20 هستند.