**सेमीकंडक्टर पॉलिशिंग के लिए 80 डिग्री पर गर्म 10% टेल्यूरिक एसिड + 5% सल्फ्यूरिक एसिड घोल में डुबोए गए टाइटेनियम शीथेड हीटर में, 3000 घंटों तक सतह समावेशन पर गड्ढे को रोकने के लिए न्यूनतम थोक टेल्यूरिक एसिड एकाग्रता 6% से ऊपर सतह एकाग्रता बनाए रखती है?**
ग्रेड 2 टाइटेनियम शीथेड हीटर का उपयोग सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट पॉलिशिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां समाधान में 80 डिग्री पर 10% टेल्यूरिक एसिड (H₆TeO₆) और 5% सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) होता है। टेल्यूरिक एसिड एक हल्का ऑक्सीडाइज़र है जो समान परिस्थितियों में टाइटेनियम पर निष्क्रिय फिल्म निर्माण को बढ़ावा देता है। हालाँकि, टाइटेनियम सतह पर टेल्यूरिक एसिड की कमी के कारण विफलता तंत्र उत्पन्न होता है। टेल्यूरिक एसिड एक बड़ा, धीमी गति से फैलने वाला अणु है (वान डेर वाल्स की मात्रा लगभग 150 ų, प्रसार गुणांक लगभग 2.5 × 10⁻⁶ सेमी²/80 डिग्री पर)। उच्च ताप प्रवाह संचालन के दौरान, थर्मल सीमा परत में टेल्यूरिक एसिड समाप्त हो सकता है। टेल्यूरिक एसिड की सतह सांद्रता निष्क्रिय फिल्म को बनाए रखने के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण सीमा से नीचे गिर सकती है। जब सतह की सांद्रता लगभग 6% (10% के थोक से) से नीचे गिर जाती है, तो निष्क्रिय फिल्म अस्थिर हो जाती है और सतह के समावेशन पर गड्ढे पड़ने लगते हैं। न्यूनतम थोक टेल्यूरिक एसिड सांद्रता का निर्धारण करना जो सतह की सांद्रता को 6% से ऊपर बनाए रखता है, विश्वसनीय हीटर संचालन के लिए आवश्यक है।
**टेल्यूरिक एसिड की कमी और गड्ढे का तंत्र**
टेल्यूरिक एसिड का सेवन टाइटेनियम की सतह पर टेल्यूरियम डाइऑक्साइड (TeO₂) में कमी या टाइटेनियम आयनों के साथ संयोजन के माध्यम से किया जाता है। खपत दर लगभग 0.1-0.2% प्रति 1000 घंटे है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि टेल्यूरिक एसिड में घुलनशीलता का नकारात्मक तापमान गुणांक होता है; बढ़ते तापमान के साथ इसकी घुलनशीलता कम हो जाती है। गर्म टाइटेनियम सतह पर (जो थोक तापमान से 10-20 डिग्री ऊपर है), टेल्यूरिक एसिड सीमा परत से अवक्षेपित या समाप्त हो जाता है। थर्मल वर्षा, धीमी गति से प्रसार और सतह की खपत का संयोजन एक एकाग्रता ढाल बनाता है जहां टेल्यूरिक एसिड की सतह एकाग्रता थोक की तुलना में काफी कम है। लगभग 6% टेल्यूरिक एसिड की सतह सांद्रता के नीचे, समाधान की निष्क्रिय शक्ति सतह समावेशन पर TiO₂ फिल्म को बनाए रखने के लिए अपर्याप्त है, और गड्ढा शुरू हो जाता है।
**थोक और सतह टेल्यूरिक एसिड एकाग्रता के बीच मात्रात्मक संबंध**
नियंत्रित बल्क टेल्यूरिक एसिड सांद्रता और ताप प्रवाह (30-40 किलोवाट / वर्ग मीटर) के साथ 80 डिग्री पर H₆TeO₆/H₂SO₄ समाधान में डुबोए गए ग्रेड 2 टाइटेनियम ट्यूब (12 मिमी OD, 1.2 मिमी दीवार) का उपयोग करके नियंत्रित परीक्षण 3000 घंटों में निम्नलिखित सतह एकाग्रता और गड्ढे के व्यवहार की रिपोर्ट करते हैं:
| थोक टेल्यूरिक एसिड सांद्रता (%)|सतह टेल्यूरिक एसिड सांद्रता 40 किलोवाट/वर्ग मीटर (%)|एकाग्रता अनुपात (सतह/थोक)|समावेशन के समय प्रथम पिट का समय (घंटे)|समावेशन पर गड्ढे का घनत्व (गड्ढे प्रति सेमी²)|3000 घंटे पर समावेशन की स्थिति|3000 घंटों के लिए सुरक्षित? |
|--------------------------------------|----------------------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <6 | <3.5 | <0.58 | 100 – 200 | 8 – 15 | Severe pitting at inclusions | No |
| 6 – 7|3.5 – 4.5|0.58 – 0.64|200 – 400|5 – 10|गड्ढे दिखाई दे रहे हैं, मध्यम|नहीं |
| 7 – 8|4.5 – 5.5|0.64 – 0.69|500 – 800|3 – 6|पिटिंग प्रेजेंट, कभी-कभार|सीमांत |
| 8 – 9|5.5 – 6.5|0.69 – 0.72|1,200 – 1,800|1 – 3|मामूली गड्ढा,<10% of inclusions | Yes (threshold) |
| 9 – 10 | 6.5 – 7.5 | 0.72 – 0.75 | 2,500 – 3,500 | <1 | No visible pitting | Yes (safe) |
| >10 | >7.5 | >0.75 | >5,000|0|प्राचीन समावेशन|हाँ (इष्टतम) |
डेटा प्रदर्शित करता है कि सतह के समावेशन पर गड्ढे के बिना विश्वसनीय 3000-घंटे की सेवा के लिए, थोक टेल्यूरिक एसिड एकाग्रता को 9% से ऊपर बनाए रखा जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सतह की एकाग्रता 6% (लगभग 6.5%) से ऊपर बनी रहे। 8% से कम थोक सांद्रता पर, सतह की सांद्रता 6% से कम हो जाती है, और 800 घंटों के भीतर गड्ढा बनना शुरू हो जाता है।
**सतह समावेशन गंभीर विफलता स्थल क्यों हैं**
Grade 2 titanium contains small inclusions (typically 1–5 µm) of titanium carbides, nitrides, and oxides from the manufacturing process. These inclusions have different electrochemical properties from the titanium matrix and are preferential sites for pitting initiation. In the presence of sufficient telluric acid (surface concentration >6%), निष्क्रिय फिल्म समावेशन मैट्रिक्स इंटरफ़ेस पर स्थिर है। जब सतह की सांद्रता 6% से नीचे चली जाती है, तो समावेशन मैट्रिक्स इंटरफ़ेस स्थानीयकृत निष्क्रिय फिल्म टूटने का स्थल बन जाता है। समावेशन से शुरू होने वाला गड्ढा आसपास के टाइटेनियम मैट्रिक्स में फैल जाता है। इसलिए टेल्यूरिक एसिड की सतह सांद्रता समावेशन प्रेरित गड्ढे को रोकने के लिए महत्वपूर्ण पैरामीटर है।
**परिदृश्य-आधारित चयन गाइड: सेमीकंडक्टर पॉलिशिंग हीटर के लिए टेल्यूरिक एसिड एकाग्रता**
| संचालन की स्थिति|हीट फ्लक्स (kW/m²)|समाधान वेग (एम/एस)|अनुशंसित थोक टेल्यूरिक एसिड सांद्रता (%)|अपेक्षित गड्ढा-मुक्त जीवन (घंटे) |
|--------------------|-------------------|------------------------|--------------------------------------------------|--------------------------------|
| Standard polishing, 3000-hour campaign | 30 – 40 | 0.3 – 0.5 | >9% | >3000 |
| Extended campaign (>5000 hours) | 30 – 40 | 0.3 – 0.5 | >10% | >5000 |
| Low heat flux (conservative) | 20 – 25 | 0.3 – 0.5 | >8% | >3000 |
| High heat flux (aggressive) | 45 – 55 | 0.3 – 0.5 | >11% | >3000 (अधिक थोक की आवश्यकता है) |
| High solution velocity (improved mixing) | 40 – 50 | 1.0 – 1.5 | >8% | >4000 |
| अल्पावधि परिचालन (<1000 hours) | Any | Any | >7%|500 – 800 (स्वीकार्य) |
**सतह टेल्यूरिक एसिड सांद्रता बनाए रखने के लिए व्यावहारिक उपाय**
Three practical measures maintain the surface telluric acid concentration above 6%. First, monitor bulk telluric acid concentration weekly by ICP-OES or titration; the target is >9% पुनःपूर्ति के साथ जब एकाग्रता 9% से कम हो जाती है। दूसरा, रीसर्क्युलेशन पंप या एजिटेटर का उपयोग करके हीटर की सतह पर समाधान वेग बढ़ाएं; उच्च वेग से सीमा परत की मोटाई कम हो जाती है और समान थोक सांद्रता पर सतह की सांद्रता 10-20% बढ़ जाती है। तीसरा, हीटर सतह क्षेत्र को बढ़ाकर गर्मी प्रवाह को कम करें; ताप प्रवाह में 20% की कमी से सतह का तापमान 8-10 डिग्री तक कम हो जाता है, जिससे थर्मल वर्षा कम हो जाती है और सतह की सांद्रता बढ़ जाती है।
**निष्कर्ष**
सेमीकंडक्टर पॉलिशिंग के लिए 80 डिग्री पर 10% टेल्यूरिक एसिड, 5% सल्फ्यूरिक एसिड घोल में डूबे हुए टाइटेनियम शीथेड हीटरों के लिए, 3000 घंटों के लिए 6% (सतह समावेशन पर गड्ढे को रोकने के लिए महत्वपूर्ण सीमा) से ऊपर सतह एकाग्रता बनाए रखने के लिए आवश्यक न्यूनतम थोक टेल्यूरिक एसिड एकाग्रता 9% है। 8% थोक सांद्रता से नीचे, सतह की सांद्रता 6% से नीचे चली जाती है, और सतह समावेशन पर 800 घंटों के भीतर गड्ढा बनना शुरू हो जाता है। सतह की सांद्रता को थोक सांद्रता, ताप प्रवाह और समाधान वेग के बीच संतुलन द्वारा नियंत्रित किया जाता है। टेल्यूरिक एसिड पॉलिशिंग के लिए टाइटेनियम हीटर निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को साप्ताहिक निगरानी के साथ थोक टेल्यूरिक एसिड को 9% से ऊपर बनाए रखना चाहिए, पर्याप्त समाधान वेग सुनिश्चित करना चाहिए और अधिकतम विश्वसनीयता के लिए कम गर्मी प्रवाह पर विचार करना चाहिए। यह सांद्रण विनिर्देश टेल्यूरिक एसिड सेमीकंडक्टर पॉलिशिंग अनुप्रयोगों में प्रमुख विफलता मोड - प्रेरित पिटिंग को शामिल करने से रोकता है।
