การกระจายตัวของสารขัดเงาด้วยอัลตราโซนิก (CMP)
- ขนาดอนุภาคที่ไม่สม่ำเสมอและการกระจายขนาดอนุภาคที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทำให้พื้นผิวที่ขัดเงาเสียหายอย่างรุนแรงระหว่างกระบวนการ CMP
- การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่เหนือกว่าในการกระจายอนุภาคขัดเงาขนาดนาโนและสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกัน
- การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอที่ได้จากการใช้อัลตราโซนิกทำให้การปรับสภาพพื้นผิวด้วย CMP มีประสิทธิภาพเหนือกว่า โดยหลีกเลี่ยงรอยขีดข่วนและตำหนิที่เกิดจากเม็ดอนุภาคขนาดใหญ่เกินไป
การกระจายตัวของอนุภาคขัดเงาด้วยอัลตราโซนิก
สารแขวนลอยสำหรับการขัดเงา / การปรับพื้นผิวให้เรียบด้วยกระบวนการเคมีและเชิงกล (CMP) มีอนุภาคขัดถู (ขนาดนาโน) เพื่อให้ได้คุณสมบัติการขัดเงาตามต้องการ อนุภาคนาโนที่มีคุณสมบัติขัดถูและใช้กันทั่วไป ได้แก่ ซิลิคอนไดออกไซด์ (ซิลิกา, SiO2), ซีเรียมออกไซด์ (ซีเรีย, CeO2), อะลูมิเนียมออกไซด์ (อะลูมินา, Al2O3), α- และ y-Fe203, นาโนไดมอนด์ และอื่น ๆ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อพื้นผิวที่ขัดเงา อนุภาคขัดถูต้องมีรูปร่างสม่ำเสมอและมีการกระจายขนาดเม็ดอนุภาคในช่วงแคบ ขนาดอนุภาคเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 10 ถึง 100 นาโนเมตร ขึ้นอยู่กับสูตร CMP และการใช้งาน
เป็นที่ทราบกันดีว่าการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกทำให้ได้ระบบกระจายตัวที่สม่ำเสมอและคงตัวในระยะยาว ปรากฏการณ์ คาวิเทชัน จากอัลตราโซนิกและแรงเฉือนถ่ายทอดพลังงานที่จำเป็นเข้าสู่สารแขวนลอย ทำให้กลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันแตกออก เอาชนะแรงแวนเดอร์วาลส์ และทำให้อนุภาคนาโนขัดถูกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ การใช้อัลตราโซนิกสามารถลดขนาดอนุภาคให้ตรงกับขนาดเม็ดอนุภาคเป้าหมายได้อย่างแม่นยำ การปรับสภาพสารแขวนลอยด้วยอัลตราโซนิกอย่างสม่ำเสมอสามารถกำจัดเม็ดอนุภาคขนาดใหญ่เกินไปและการกระจายขนาดที่ไม่สม่ำเสมอได้ – ทำให้ได้อัตราการกำจัดเนื้อวัสดุด้วย CMP ตามต้องการ พร้อมลดการเกิดรอยขีดข่วนให้เหลือน้อยที่สุด
- ขนาดอนุภาคตามเป้าหมาย
- ความสม่ำเสมอสูง
- ความเข้มข้นของของแข็งตั้งแต่ต่ำถึงสูง
- ความน่าเชื่อถือสูง
- การควบคุมที่แม่นยำ
- การทำซ้ำที่ให้ผลตรงกันอย่างแม่นยำ
- การขยายกำลังการผลิตแบบเชิงเส้นอย่างราบรื่น
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกใช้สำหรับกระจายตัวและบดสารขัดเงา
การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีที่น่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการผลิตอนุภาคนาโนซีเรียมออกไซด์
การเตรียมสูตร CMP ด้วยอัลตราโซนิก
การผสมและการผสมให้เข้ากันด้วยอัลตราโซนิกใช้ในหลายอุตสาหกรรมเพื่อผลิตสารแขวนลอยที่คงตัวและมีความหนืดตั้งแต่ต่ำถึงสูงมาก ในการผลิตสารแขวนลอย CMP ที่สม่ำเสมอและคงตัว วัสดุขัดถู (เช่น อนุภาคนาโนซิลิกาและซีเรีย, α- และ y-Fe203 เป็นต้น) สารเติมแต่ง และสารเคมี (เช่น สารที่มีฤทธิ์เป็นด่าง สารยับยั้งการเกิดสนิม และสารเพิ่มความคงตัว) จะถูกกระจายตัวลงในของเหลวพื้นฐาน (เช่น น้ำบริสุทธิ์)
ในด้านคุณภาพ สารแขวนลอยสำหรับการขัดเงาสมรรถนะสูงจำเป็นต้องมีความคงตัวในระยะยาวและมีการกระจายอนุภาคอย่างสม่ำเสมอมาก
การกระจายตัวและการเตรียมสูตรด้วยอัลตราโซนิกให้พลังงานที่จำเป็นในการสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันและกระจายสารขัดเงาที่มีคุณสมบัติขัดถู ความสามารถในการควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราโซนิกอย่างแม่นยำให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดด้วยประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูง
เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิก UP400St สำหรับการผลิตสารแขวนลอย CMP ในห้องปฏิบัติการ
ระบบกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิก
Hielscher Ultrasonics จัดหาระบบอัลตราโซนิกกำลังสูงสำหรับการกระจายตัวของวัสดุขนาดนาโน เช่น ซิลิกา ซีเรีย อะลูมินา และนาโนไดมอนด์ เครื่องประมวลผลด้วยอัลตราโซนิกที่น่าเชื่อถือให้พลังงานที่จำเป็น เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกที่มีเทคโนโลยีขั้นสูงสร้างสภาวะกระบวนการที่เหมาะสมที่สุด และผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมพารามิเตอร์ทั้งหมดได้อย่างแม่นยำ จึงสามารถปรับผลลัพธ์ของกระบวนการอัลตราโซนิกให้ตรงกับเป้าหมายของกระบวนการที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ (เช่น ขนาดเม็ดอนุภาค การกระจายอนุภาค เป็นต้น)
หนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของกระบวนการคือแอมพลิจูดของอัลตราโซนิก โดย Hielscher มี ระบบอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรม ที่สามารถให้แอมพลิจูดที่สูงมากได้อย่างน่าเชื่อถือ สามารถเดินเครื่องต่อเนื่องที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างง่ายดายในการทำงานแบบ 24/7 ความสามารถในการทำงานที่แอมพลิจูดสูงเช่นนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าจะบรรลุแม้แต่เป้าหมายกระบวนการที่มีข้อกำหนดเข้มงวดมาก เครื่องประมวลผลด้วยอัลตราโซนิกทั้งหมดของเราสามารถปรับให้ตรงกับสภาวะกระบวนการที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ และตรวจติดตามได้อย่างง่ายดายผ่านซอฟต์แวร์ในตัว ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือสูงสุด คุณภาพที่สม่ำเสมอ และผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้ ความแข็งแกร่งทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้ทำงานแบบ 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดเข้มงวดได้
MultiSonoReactor MSR-4 เป็นเครื่องโฮโมจีไนเซอร์แบบอินไลน์ระดับอุตสาหกรรมที่เหมาะสำหรับการผลิตโคลนเจาะในระดับอุตสาหกรรม การใช้อัลตราโซนิกใช้สำหรับกระจายตัวและบดสารขัดเงา
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรทราบ
การปรับพื้นผิวให้เรียบด้วยกระบวนการเคมีและเชิงกล (CMP)
สารแขวนลอยสำหรับการขัดเงา/การปรับพื้นผิวให้เรียบด้วยกระบวนการเคมีและเชิงกล (CMP) ใช้เพื่อทำให้พื้นผิวเรียบ สารแขวนลอย CMP ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีและองค์ประกอบที่ขัดถูด้วยกลไกเชิงกล ดังนั้น CMP จึงอธิบายได้ว่าเป็นวิธีที่ผสานการกัดผิวด้วยสารเคมีเข้ากับการขัดเงาด้วยการขัดถู
สารแขวนลอย CMP ใช้กันอย่างแพร่หลายในการขัดเงาและทำให้พื้นผิวซิลิคอนออกไซด์ พอลิซิลิคอน และโลหะเรียบ ระหว่างกระบวนการ CMP ความสูงต่ำของพื้นผิวเวเฟอร์จะถูกกำจัดออก (เช่น เวเฟอร์สารกึ่งตัวนำ เวเฟอร์เซลล์แสงอาทิตย์ และส่วนประกอบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์)
สารลดแรงตึงผิว
เพื่อให้ได้สูตร CMP ที่คงตัวในระยะยาว จะเติมสารลดแรงตึงผิวเพื่อรักษาให้อนุภาคนาโนอยู่ในสารแขวนลอยที่เป็นเนื้อเดียวกัน สารช่วยกระจายตัวที่ใช้กันทั่วไปอาจเป็นชนิดประจุบวก ประจุลบ หรือไม่มีประจุ และรวมถึงโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต (SDS), เซทิลไพริดิเนียมคลอไรด์ (CPC), เกลือโซเดียมของกรดคาปริก, เกลือโซเดียมของกรดลอริก, เดซิลโซเดียมซัลเฟต, เฮกซะเดซิลโซเดียมซัลเฟต, เฮกซะเดซิลไตรเมทิลแอมโมเนียมโบรไมด์ (C16TAB), โดเดซิลไตรเมทิลแอมโมเนียมโบรไมด์ (C12TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 และ A20