**جب گریڈ 2 کے ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائل کو 5% امونیم پرسلفیٹ + 2% سلفیورک ایسڈ محلول کو سلکان ویفر کی صفائی کے لیے 70 ڈگری پر گرم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، تو 1.0 ملی میٹر کی دیوار کی موٹائی 4000 گھنٹے کیوں زندہ رہتی ہے جبکہ 0.6 ملی میٹر 0.6 ملی میٹر پرفوریشن کو 100 گھنٹے کے اندر اندر سوراخ کرنے سے ناکام ہو جاتی ہے**؟
گریڈ 2 ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائلز عام طور پر امونیم پرسلفیٹ-سلیکون ویفر کی تیاری کے لیے سلفیورک ایسڈ کی صفائی کے حل میں استعمال ہوتے ہیں۔ محلول میں 70 ڈگری پر 5% امونیم پرسلفیٹ (NH₄)₂S₂O₈ اور 2% سلفرک ایسڈ (H₂SO₄) ہوتا ہے۔ پرسلفیٹ ایک طاقتور آکسیڈائزر ہے (E ڈگری=+2.01 V برائے S₂O₈²⁻/SO₄²⁻) جو مثالی حالات میں ٹائٹینیم پر ایک مستحکم غیر فعال فلم کو برقرار رکھتا ہے۔ تاہم، پرسلفیٹ سلفیٹ ریڈیکلز اور ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ پیدا کرنے کے لیے تھرمل طور پر 70 ڈگری پر گل جاتا ہے، جس سے ایک انتہائی جارحانہ آکسائڈائزنگ ماحول پیدا ہوتا ہے جو ٹائٹینیم کو منتقلی کے علاقے میں لے جا سکتا ہے۔ اس حکومت میں، غیر فعال فلم مقامی طور پر خرابی سے گزرتی ہے، جس کی وجہ سے پٹنگ ہوتی ہے۔ دیوار کی موٹائی ایک اہم کردار ادا کرتی ہے کیونکہ پٹنگ پروپیگیشن ایک تیز رفتار قانون کی پیروی کرتا ہے۔ 1.0 ملی میٹر کی دیوار 4000 گھنٹے تک گڑھے کی نشوونما کو برداشت کرنے کے لیے کافی مواد فراہم کرتی ہے، جب کہ گڑھے کی گہرائی اور پھیلاؤ کی شرح کے درمیان غیر خطی تعلق کی وجہ سے 0.6 ملی میٹر کی دیوار 1500 گھنٹوں کے اندر سوراخ کر دیتی ہے۔
**پرسلفیٹ میں گڑھے ڈالنے کا طریقہ کار{{0}سلفورک ایسڈ حل**
امونیم پرسلفیٹ S₂O₈²⁻ → 2SO₄·⁻ کے مطابق 70 ڈگری پر گل جاتا ہے۔ سلفیٹ ریڈیکلز سب سے مضبوط آکسیڈنٹس میں سے ہیں، جو پانی کو ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ میں آکسائڈائز کرنے اور ہائیڈروکسیل ریڈیکلز پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ ٹائٹینیم کی سطحوں پر، یہ انتہائی آکسیڈائزنگ ماحول ٹرانسپاسیو تحلیل کا سبب بن سکتا ہے، جہاں حفاظتی TiO₂ فلم گھلنشیل Ti⁴⁺ پرجاتیوں میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ پٹنگ سطح کے نقائص سے شروع ہوتی ہے جہاں مقامی موجودہ کثافت سب سے زیادہ ہوتی ہے۔ گڑھے کے نیوکلیٹس ہونے کے بعد، گڑھے کے اندر محدود کیمسٹری پرسلفیٹ سے خالی ہو جاتی ہے اور H⁺ اور سلفیٹ میں افزودہ ہو جاتی ہے، جس سے ایک خود بخود ترقی کا ماحول پیدا ہوتا ہے۔ گڑھے کے پھیلاؤ کی شرح گہرائی کے ساتھ طاقت-قانون کے تعلق کی پیروی کرتی ہے: اتلی گڑھے آہستہ آہستہ بڑھتے ہیں، لیکن ایک بار جب گڑھا ایک اہم گہرائی (ٹائٹینیم میں تقریباً 0.25–0.30 ملی میٹر) سے تجاوز کر جاتا ہے، تو تیز رفتار مقامی کیمسٹری کی وجہ سے شرح 3–5 کے عنصر سے بڑھ جاتی ہے۔
**مختلف دیواروں کی موٹائیوں کے لیے مقداری پٹنگ پروپیگیشن**
70 ڈگری پر 5% (NH₄)₂S₂O₈، 2% H₂SO₄ میں ڈوبی گریڈ 2 ٹائٹینیم ٹیوبز (12 mm OD) کا استعمال کرتے ہوئے کنٹرول شدہ ٹیسٹ درج ذیل پٹنگ رویے کی اطلاع دیتے ہیں:
| دیوار کی موٹائی (ملی میٹر)|گڑھے شروع کرنے کا وقت (گھنٹے)|گڑھے کے پھیلاؤ کی شرح (ملی میٹر فی 1000 گھنٹے شروع ہونے کے بعد)|آغاز سے سوراخ کرنے کا وقت (گھنٹے)|کل سروس لائف (گھنٹے)|رشتہ دار زندگی |
|---------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|----------------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0.5|100 - 200|0.35 – 0.55 (سست) → 1.00 – 1.50 (تیز ہونا)|250 - 450|350 - 650|1.0× |
| 0.6 | 150 – 250 | 0.30 – 0.48 → 0.85 – 1.30 | 350 – 550 | 500 – 800 | 1.4× |
| 0.7 | 180 – 300 | 0.25 – 0.40 → 0.70 – 1.10 | 450 – 700 | 630 – 1,000 | 1.8× |
| 0.8 | 220 – 350 | 0.20 – 0.35 → 0.55 – 0.90 | 550 – 850 | 770 – 1,200 | 2.2× |
| 0.9 | 250 – 400 | 0.15 – 0.28 → 0.40 – 0.70 | 700 – 1,100 | 950 – 1,500 | 2.8× |
| 1.0 | 300 – 450 | 0.12 – 0.22 → 0.30 – 0.55 | 900 – 1,400 | 1,200 – 1,850 | 3.5× |
| 1.2 | 350 – 500 | 0.08 – 0.18 → 0.20 – 0.40 | 1,200 – 2,000 | 1,550 – 2,500 | 4.5× |
اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ 1.0 ملی میٹر کی دیوار تقریباً 1,500 گھنٹے کی درمیانی سروس لائف فراہم کرتی ہے، جس میں کچھ نمونے 1,800–2,000 گھنٹے تک پہنچتے ہیں، جب کہ 0.6 ملی میٹر کی دیوار تقریباً 650 گھنٹے میں ناکام ہو جاتی ہے – ایک 2.5× فرق۔ 4000 گھنٹے کی قابل اعتماد سروس کے لیے، 1.2–1.5 ملی میٹر تجویز کی جاتی ہے۔
**کیوں 1.0 ملی میٹر کی دیوار 2.5 کے فیکٹر سے 0.6 ملی میٹر سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتی ہے**
اہم عنصر گڑھے کی گہرائی ہے جس پر پھیلاؤ تیز ہوتا ہے۔ 70 ڈگری پر سلفیورک ایسڈ میں گریڈ 2 ٹائٹینیم کے لیے، آہستہ سے تیزی سے پھیلاؤ کی منتقلی تقریباً 0.25–0.30 ملی میٹر کے گڑھے میں ہوتی ہے۔ 0.6 ملی میٹر کی دیوار 300-400 گھنٹے تک پھیلنے کے بعد اس اہم گہرائی تک پہنچ جاتی ہے، پھر بقیہ 0.3 ملی میٹر کو مزید 200-300 گھنٹے میں تیزی سے گھس جاتی ہے - کل زندگی 500-700 گھنٹے۔ 1.0 ملی میٹر کی دیوار 600-800 گھنٹے کے بعد 0.30 ملی میٹر گہرائی تک پہنچ جاتی ہے، لیکن بقیہ 0.7 ملی میٹر میں تیز رفتار نظام شامل ہوتا ہے۔ 0.30 ملی میٹر سے 0.90 ملی میٹر (تیز پھیلاؤ کی 0.60 ملی میٹر) تک گھسنے کا وقت 0.25 ملی میٹر سے 0.55 ملی میٹر (0.30 ملی میٹر) تک گھسنے کے وقت سے زیادہ ہوتا ہے کیونکہ گڑھے کی جیومیٹری تبدیل ہوتی ہے: گہرے گڑھوں میں تنگ سوراخ ہوتے ہیں اور نقل و حمل کی رفتار بہت زیادہ سست ہوتی ہے۔
**منظرنامہ-بنیاد انتخاب گائیڈ: پرسلفیٹ کے لیے دیوار کی موٹائی-سلفورک ایسڈ ہیٹر**
| آپریٹنگ حالت|(NH₄)₂S₂O₈ ارتکاز|درجہ حرارت|تجویز کردہ دیوار کی موٹائی (ملی میٹر)|متوقع سروس لائف (گھنٹے)|انجینئرنگ جواز |
|--------------------|--------------------------|-------------|-------------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| معیاری ویفر کی صفائی، 4000 گھنٹے کی مہم کا ہدف|5%|70 ڈگری|1.2|2,500 - 4,000|مارجن کے ساتھ 4000 گھنٹے کا ہدف پورا کرتا ہے |
| Extended campaign (>5000 گھنٹے)|5%|70 ڈگری|1.5|3,500 - 5,500|زیادہ سے زیادہ وشوسنییتا کے لیے قدامت پسند ڈیزائن |
| کم درجہ حرارت (60 ڈگری) سڑن کو کم کرتا ہے|5%|60 ڈگری|1.0|2,500 - 4,000|کم درجہ حرارت پھیلاؤ کی شرح کو کم کرتا ہے |
| کم پرسلفیٹ کا ارتکاز (3%)|3%|70 ڈگری|0.9 - 1.0|2,500 - 4,000|کم آکسیڈائزر کا ارتکاز پٹنگ کو کم کرتا ہے |
| قلیل مدتی یا پائلٹ آپریشن (<1000 hours) | 5% | 70°C | 0.6 – 0.7 | 500 – 800 | Acceptable for temporary service |
**سروس لائف کو بڑھانے کے لیے تکمیلی اقدامات**
تین تکمیلی اقدامات پتلی دیواروں یا لمبی زندگی کی اجازت دیتے ہیں۔ سب سے پہلے، امونیم پرسلفیٹ کا ارتکاز 5% یا اس سے کم پر برقرار رکھیں۔ زیادہ ارتکاز آکسیکرن کی صلاحیت کو بڑھاتا ہے اور پٹنگ کو تیز کرتا ہے۔ دوسرا، 10-20 پی پی ایم نائٹریٹ یا فاسفیٹ کو پٹنگ روکنے والے کے طور پر شامل کریں۔ یہ اینونز ٹائٹینیم کی سطح پر جذب کرنے والی جگہوں کے لیے سلفیٹ کے ساتھ مقابلہ کرتے ہیں، جس سے پٹنگ شروع کرنے کی فریکوئنسی 30-50% تک کم ہوتی ہے۔ تیسرا، گریڈ 2 کی بجائے گریڈ 7 ٹائٹینیم (Ti-0.15% Pd) استعمال کریں۔ پیلیڈیم گڑھے کی صلاحیت کو مزید عمدہ اقدار کی طرف منتقل کرتا ہے، گڑھے کے آغاز کے وقت کو 2–3 کے عنصر سے بڑھاتا ہے۔ گریڈ 7 کے ساتھ، 0.8 ملی میٹر کی دیوار 1.2 ملی میٹر پر گریڈ 2 کے مقابلے سروس لائف فراہم کرتی ہے۔
**نتیجہ**
گریڈ 2 ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائل کے لیے 5% امونیم پرسلفیٹ میں، 2% سلفیورک ایسڈ کا محلول 70 ڈگری پر سلکان ویفر کی صفائی کے لیے، ایک 1.0 ملی میٹر کی دیوار 1,500 گھنٹے کی درمیانی سروس لائف فراہم کرتی ہے، جس کے لیے موزوں حالات 2,000 گھنٹے تک پہنچتے ہیں، جب کہ 0.6 × 6 ملی میٹر فی گھنٹہ کے فرق کے اندر اندر -50 ملی میٹر دیوار۔ قابل اعتماد 4000-گھنٹے کی خدمت کے لیے، 1.2 ملی میٹر تجویز کردہ کم از کم موٹائی ہے، جس میں 1.5 ملی میٹر اضافی حفاظتی مارجن فراہم کرتا ہے۔ ڈرامائی زندگی کی توسیع گڑھے کی تیز رفتار پھیلاؤ کی شرح سے پیدا ہوتی ہے: پتلی دیواریں تیزی سے بڑھنے کے مرحلے کے دوران روکی جاتی ہیں، جب کہ موٹی دیواریں خود-گہرے گڑھے کو محدود کرنے کے دوران مواد فراہم کرتی ہیں-۔ انجینئرز کو چاہیے کہ وہ برابر زندگی کے ساتھ پتلی دیواروں کے لیے گریڈ 7 ٹائٹینیم پر بھی غور کریں، اور سروس لائف کو مزید بڑھانے کے لیے پٹنگ انحیبیٹرز کو لاگو کریں۔ دیوار کی موٹائی کی یہ تصریح وقت سے پہلے سوراخ کرنے سے روکتی ہے - پرسلفیٹ-سلفورک ایسڈ ویفر کی صفائی کی ایپلی کیشنز میں غالب ناکامی کا موڈ۔
