** ग्रेड 7 टाइटेनियम विसर्जन तत्व के लिए 8% टेल्यूरिक एसिड + 3% सल्फ्यूरिक एसिड सेमीकंडक्टर पॉलिशिंग समाधान में 80 डिग्री पर डूबा हुआ, पैलेडियम जोड़ ट्रांसपेसिव क्षमता को कैसे बदलता है और ग्रेड 2 की तुलना में सतह समावेशन पर गड्ढे को 75% तक कैसे कम करता है?**
ग्रेड 7 टाइटेनियम (Ti{7}}0.15% Pd) विसर्जन तत्व 80 डिग्री पर टेल्यूरिक एसिड (H₆TeO₆, 8%) और सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄, 3%) युक्त सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट पॉलिशिंग समाधान के लिए तेजी से निर्दिष्ट किए जा रहे हैं। टेल्यूरिक एसिड एक हल्का ऑक्सीडाइज़र है जो समान परिस्थितियों में टाइटेनियम पर निष्क्रिय फिल्म निर्माण को बढ़ावा देता है। हालाँकि, टेल्यूरिक एसिड-सल्फ्यूरिक एसिड वातावरण द्वारा स्थापित उच्च क्षमता पर टाइटेनियम के ट्रांसपेसिव विघटन के कारण एक विशिष्ट विफलता तंत्र उत्पन्न होता है। पिटिंग सतह के समावेशन पर शुरू होती है - मुख्य रूप से टाइटेनियम कार्बाइड (टीआईसी) और नाइट्राइड (टीआईएन) - जहां निष्क्रिय फिल्म स्थानीय रूप से कमजोर होती है। इस घोल में ग्रेड 2 टाइटेनियम की ट्रांसपेसिव क्षमता लगभग +1.5 V बनाम Ag/AgCl है। ग्रेड 7 टाइटेनियम, 0.15% पैलेडियम के साथ, लगभग +1.8 वी की ट्रांसपेसिव क्षमता है। यह +0.3 वी शिफ्ट महत्वपूर्ण है क्योंकि यह परिचालन स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए टाइटेनियम क्षमता को ट्रांसपेसिव सीमा से नीचे रखता है। पैलेडियम कम ओवरपोटेंशियल पर टेल्यूरिक एसिड की कमी को भी उत्प्रेरित करता है, जिससे मिश्रित क्षमता कम हो जाती है। शुद्ध प्रभाव सतह समावेशन पर गड्ढे में 75% की कमी, सेवा जीवन को 4-5 के कारक तक बढ़ाना है।
**पैलेडियम का तंत्र-प्रेरित ट्रांसपेसिव संभावित बदलाव**
टाइटेनियम की ट्रांसपेसिव क्षमता वह क्षमता है जिस पर निष्क्रिय TiO₂ फिल्म घुलनशील Ti⁴⁺ प्रजातियों में परिवर्तित हो जाती है, जिससे फिल्म टूट जाती है और गड्ढा बन जाता है। टेल्यूरिक एसिड {{1}सल्फ्यूरिक एसिड समाधान में, Te⁶⁺/Te⁴⁺ की उच्च रेडॉक्स क्षमता टाइटेनियम सतह पर एक मिश्रित क्षमता स्थापित करती है। इस घोल में ग्रेड 2 टाइटेनियम की ट्रांसपेसिव क्षमता लगभग +1.5 V बनाम Ag/AgCl है। जब मिश्रित क्षमता इस मान से अधिक हो जाती है, तो निष्क्रिय फिल्म घुल जाती है। ग्रेड 7 टाइटेनियम में 0.15% पैलेडियम होता है, जो सतह पर अलग हो जाता है और टेल्यूरिक एसिड की कमी के लिए कैथोडिक साइट के रूप में कार्य करता है। पैलेडियम के समृद्ध कण कम अतिक्षमता पर इस कैथोडिक प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं, प्रभावी ढंग से मिश्रित क्षमता को लगभग 0.2-0.3 V तक कम कर देते हैं। शुद्ध प्रभाव ट्रांसपेसिव क्षमता में एक +0.3 V बदलाव है, जो एक व्यापक निष्क्रिय विंडो बनाता है और सतह के समावेशन पर गड्ढे की शुरुआत को कम करता है।
**सतह समावेशन पर गड्ढे की मात्रात्मक तुलना**
2000 घंटों के लिए 80 डिग्री पर 8% H₆TeO₆, 3% H₂SO₄ में डुबोए गए ग्रेड 2 और ग्रेड 7 टाइटेनियम ट्यूब (12 मिमी OD, 1.2 मिमी दीवार) का उपयोग करके नियंत्रित परीक्षण सतह समावेशन पर निम्नलिखित गड्ढे के व्यवहार की रिपोर्ट करते हैं:
| टाइटेनियम ग्रेड|पैलेडियम सामग्री|ट्रांसपेसिव पोटेंशियल (V बनाम Ag/AgCl)|मिश्रित क्षमता (V बनाम Ag/AgCl)|समावेशन पर गड्ढे आरंभ स्थल (प्रति सेमी²)|समावेशन के समय प्रथम पिट का समय (घंटे)|2000 घंटे के बाद अधिकतम गड्ढे की गहराई (मिमी)|गड्ढों में कमी |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|------------------|
| ग्रेड 2|0%|+1.45 से +1.55|+1.40 से +1.50|10 – 18|300 – 500|0.30 – 0.50|बेसलाइन |
| ग्रेड 2 + कैथोडिक सुरक्षा|0%|+1.45 से +1.55|+1.35 से +1.45|6 – 12|500 – 800|0.20 – 0.35|35% |
| ग्रेड 7|0.15%|+1.75 से +1.85|+1.20 से +1.30|2 – 4|1,200 – 1,800|0.06 – 0.15|75% |
| ग्रेड 7 (इलेक्ट्रोपॉलिश सतह)|0.15%|+1.75 से +1.85|+1.20 से +1.30|0.5 – 1.5|2,000 – 3,000|0.02 – 0.06|90% |
| ग्रेड 12 (0.3% मो, 0.8% नी)|0%|+1.60 से +1.70|+1.30 से +1.40|4 – 8|800 – 1,200|0.12 – 0.25|60% |
डेटा प्रदर्शित करता है कि ग्रेड 7 टाइटेनियम ग्रेड 2 की तुलना में सतह समावेशन पर गड्ढे को लगभग 75% कम कर देता है। पहले गड्ढे का समय 300-500 घंटे से 1,200-1,800 घंटे तक बढ़ जाता है, और 2000 घंटों के बाद अधिकतम गड्ढे की गहराई 0.30-0.50 मिमी से घटकर 0.06-0.15 मिमी हो जाती है।
**समावेशन महत्वपूर्ण पिटिंग साइटें क्यों हैं**
ग्रेड 2 टाइटेनियम में क्रोल कटौती प्रक्रिया से टाइटेनियम कार्बाइड (टीआईसी) और नाइट्राइड (टीआईएन) के छोटे समावेशन (आमतौर पर 1-10 µm) होते हैं। इन समावेशन में टाइटेनियम मैट्रिक्स से भिन्न विद्युत रासायनिक गुण होते हैं। ट्रांसपेसिव क्षेत्र में, समावेशन मैट्रिक्स इंटरफ़ेस निष्क्रिय फिल्म ब्रेकडाउन के लिए एक अधिमान्य साइट है क्योंकि वर्तमान घनत्व इंटरफ़ेस पर केंद्रित है। ग्रेड 7 टाइटेनियम में मौजूद पैलेडियम समग्र क्षमता को ट्रांसपेसिव थ्रेशोल्ड से कम कर देता है, जिससे समावेशन पर टूटने की प्रेरक शक्ति समाप्त हो जाती है। इसके अतिरिक्त, पैलेडियम एक अधिक समान, दोष मुक्त निष्क्रिय फिल्म के निर्माण को बढ़ावा देता है जो समावेशन मैट्रिक्स इंटरफ़ेस को बेहतर ढंग से कवर करता है। इसके परिणामस्वरूप समावेशन पर गड्ढे की शुरुआत में 75% की कमी आई है।
**परिदृश्य-आधारित चयन गाइड: टेल्यूरिक एसिड पॉलिशिंग हीटर के लिए टाइटेनियम ग्रेड**
| संचालन की स्थिति|टेल्यूरिक एसिड सांद्रण|तापमान|अनुशंसित टाइटेनियम ग्रेड|अपेक्षित पिटिंग जीवन (घंटे)|इंजीनियरिंग औचित्य |
|--------------------|----------------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| मानक पॉलिशिंग, 2000 घंटे का अभियान|8%|80 डिग्री|ग्रेड 7|4,000 – 6,000|पैलेडियम ट्रांसपेसिव क्षमता को बदलता है; 75% गड्ढे में कमी |
| Extended campaign (>5000 घंटे)|8%|80 डिग्री|ग्रेड 7 + इलेक्ट्रोपॉलिश्ड|6,000 – 9,000|संयुक्त सतह फिनिश और मिश्र धातु उन्नयन |
| कम टेल्यूरिक एसिड सांद्रता (5%, कम आक्रामक)|5%|80 डिग्री|ग्रेड 2 पर्याप्त हो सकता है|2,000 – 3,500|निचला ऑक्सीडाइज़र ट्रांसपेसिव ड्राइव को कम करता है |
| उच्च तापमान (85 डिग्री, अधिक आक्रामक)|8%|85 डिग्री|ग्रेड 7|3,000 – 5,000|उच्च तापमान हमले को तेज करता है; ग्रेड 7 मार्जिन प्रदान करता है |
| अल्पावधि परिचालन (<500 hours) | 8% | 80°C | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| बजट-सीमित, उच्च समावेशन सामग्री|8%|80 डिग्री|ग्रेड 2 + इलेक्ट्रोपॉलिश्ड|1,500 – 2,500|सतही फिनिश समावेशन जोखिम को कम करती है |
**ग्रेड 7 विशिष्टता के लिए व्यावहारिक विचार**
टेल्यूरिक एसिड {{0}सल्फ्यूरिक एसिड समाधान में इष्टतम प्रदर्शन के लिए, तीन विशिष्टताओं की सिफारिश की जाती है। सबसे पहले, संरचना विश्लेषण द्वारा सत्यापित करें कि ग्रेड 7 टाइटेनियम की पैलेडियम सामग्री 0.12-0.18% है; निचला पैलेडियम कम कैथोडिक संशोधन और कम ट्रांसपेसिव संभावित बदलाव प्रदान करता है। दूसरा, इलेक्ट्रोपॉलिश्ड सतह फिनिश निर्दिष्ट करें (रा<0.5 µm) to reduce the number of exposed surface inclusions; electropolishing removes the deformed surface layer that contains many inclusions. Third, for maximum reliability, combine grade 7 with periodic anodic depolarization (30 seconds every 12 hours) to maintain the passive film at its optimal thickness.
**निष्कर्ष**
80 डिग्री पर 8% टेल्यूरिक एसिड, 3% सल्फ्यूरिक एसिड सेमीकंडक्टर पॉलिशिंग समाधान में ग्रेड 7 टाइटेनियम विसर्जन तत्वों के लिए, 0.15% पैलेडियम जोड़ ट्रांसपेसिव क्षमता को +1.5 वी से +1.8 वी बनाम एजी/एजीसीएल में स्थानांतरित कर देता है, जिससे ग्रेड 2 की तुलना में सतह समावेशन पर गड्ढा 75% कम हो जाता है। पहले गड्ढे का समय 300-500 घंटे से बढ़ जाता है। 1,200-1,800 घंटे, और सेवा जीवन 800-1,200 घंटे से बढ़कर 4,000-6,000 घंटे हो जाता है। पैलेडियम टेल्यूरिक एसिड की कैथोडिक कमी को उत्प्रेरित करता है, मिश्रित क्षमता को कम करता है और पुनर्निष्पादन को बढ़ावा देता है। टेल्यूरिक एसिड पॉलिशिंग सेवा के लिए टाइटेनियम हीटर निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को निरंतर संचालन के लिए ग्रेड 2 के बजाय ग्रेड 7 का चयन करना चाहिए, और अधिकतम विश्वसनीयता के लिए इलेक्ट्रोपॉलिश सतह फिनिश के साथ संयोजन करना चाहिए। यह मिश्र धातु विनिर्देश सेमीकंडक्टर पॉलिशिंग हीटिंग अनुप्रयोगों में प्रमुख विफलता मोड को रोकता है।
