कांच और सेमीकंडक्टर निर्माण में क्रिस्टलीय सिलिका पाउडर की भूमिका

विशेष कांच के लिए उच्च-शुद्धता कच्चे माल के रूप में क्रिस्टलीय सिलिका पाउडर

फ्यूज्ड क्वार्ट्ज और यूवी-पारगम्य ऑप्टिक्स के लिए अल्फा-क्वार्ट्ज पाउडर क्यों पसंद किया जाता है

संगलित क्वार्ट्ज और पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश संचारित करने वाले ऑप्टिक्स बनाने के लिए आदर्श सामग्री α-क्वार्ट्ज पाउडर है, क्योंकि इसकी क्रिस्टल संरचना लगभग पाठ्यपुस्तक में दी गई आदर्श संरचना के समतुल्य होती है, इसकी अद्भुत ऊष्मा प्रतिरोधक क्षमता होती है और अशुद्धियों के स्तर अत्यंत कम होते हैं। यह सामग्री 1600 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर भी ठोस अवस्था में बनी रहती है, जिससे ऐसे संगलित क्वार्ट्ज के निर्माण को संभव बनाती है जो गर्म करने पर लगभग बिल्कुल नहीं फैलते। इसके अतिरिक्त, इसमें धातु संदूषकों की कुल मात्रा आमतौर पर 50 पीपीएम (प्रति मिलियन भाग) से कम होती है। लोहे का संदूषण विशेष रूप से समस्यामय होता है क्योंकि लगभग 5 पीपीएम के छोटे से स्तर में भी यह पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित कर लेता है, जिससे प्रकाश संचरण की दक्षता में 10 से 15 प्रतिशत तक की कमी आ जाती है, जैसा कि ऑप्टिकल मटीरियल्स सोसाइटी के हालिया अध्ययनों में बताया गया है। α-क्वार्ट्ज में परमाणुओं की नियमित व्यवस्था यह भी सुनिश्चित करती है कि तीव्र तापन प्रक्रियाओं के दौरान यह ऑप्टिक दूधिया या धुंधला नहीं होता, बल्कि पूरे समय स्पष्ट और एकरूप बना रहता है। हालाँकि, अक्रिस्टलीय सिलिका के साथ कहानी अलग है क्योंकि ऊष्मा तनाव के अधीन होने पर इसमें आंतरिक छोटे क्रिस्टल बन जाते हैं, जिससे प्रकाश का अवांछित प्रकीर्णन होता है।

मेल्टिंग सजातीयता पर कण आकार वितरण और अशुद्धि धातु सामग्री के प्रभाव

विशेष कांच उत्पादन में निरंतर मेल्टिंग व्यवहार क्रिस्टलीकृत सिलिका पाउडर के घनिष्ठ रूप से नियंत्रित भौतिक और रासायनिक गुणों पर निर्भर करता है। इष्टतम विशिष्टताएँ शामिल हैं:

• संकीर्ण कण आकार वितरण (D90 < 40 μm) समान ऊष्मा अवशोषण के लिए
• गोलाकार मूर्ति , सिंटरिंग के दौरान रिक्त स्थान को कम करना
• उप-पीपीएम क्षार धातु सामग्री , मेल्ट श्यानता में उतार-चढ़ाव को रोकना

जब कणों के आकार बैचों के आधार पर 15% से अधिक भिन्न होते हैं, तो इससे असमान तापन पैटर्न बनते हैं जो अंतिम उत्पाद में दृश्यमान धारियों और फंसी हुई गैसों का कारण बनते हैं। यदि एल्यूमीनियम के स्तर 20 पीपीएम से अधिक चले जाते हैं, तो गलन 12% अधिक मानक हो जाता है जो प्रसंस्करण को प्रभावित करता है। कैल्शियम दूषित पदार्थ और भी खराब हैं क्योंकि वे क्रिस्टोबेलाइट क्रिस्टल के विकास को बढ़ावा देते हैं, जो किसी को नहीं चाहिए क्योंकि यह सामग्री संरचना को कमजोर कर देता है। अधिकांश गंभीर उत्पादक लेजर विवर्तन परीक्षणों के साथ आईसीपी-एमएस उपकरण का उपयोग इन सभी विरूपणों की जांच के लिए करते हैं। ये गुणवत्ता नियंत्रण अपरिवर्तित परिणामों को बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं जो अर्धचालक निर्माण और महंगे ऑप्टिकल घटकों में सटीक भागों के निर्माण में आवश्यक हैं, जहां छोटे भिन्नताएं आगे चलकर बड़ी समस्याओं का कारण बन सकती हैं।

अर्धचालक निर्माण में क्रिस्टलीय सिलिका पाउडर: थर्मल ऑक्सीकरण फीडस्टॉक से एच-रेजिस्टेंट मास्क तक

क्रिस्टलीय सिलिका पाउडर का नियंत्रित रूपांतरण उच्च गुणवत्ता SiO₂ परावैधुत परतों में

अर्धचालक उत्पादन में तापीय ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के लिए उपयोग किया जाने वाला मुख्य पदार्थ क्रिस्टलीकृत सिलिका पाउडर है। ऑक्सीजन युक्त वातावरण में 900 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर यह पाउडर सिलिकॉन वेफर पर बहुत समरूप SiO2 परावैधुत परतों में परिवर्तित हो जाता है। इस प्रक्रिया को उचित रूप से कार्य करने के लिए पाउडर में कणों का आकार सुसंगत तथा अत्यल्प मात्रा में धातु अशुद्धियाँ (प्रति मिलियन भाग से कम) होनी चाहिए। अशुद्धियों की थोड़ी सी मात्रा भी गेट ऑक्साइड में विद्युत समस्याएँ उत्पन्न कर सकती है, जो अंततः समय के साथ ट्रांजिस्टर की विश्वसनीयता को प्रभावित करती है। आधुनिक निर्माण सुविधाओं में उचित ऑक्सीकरण परिस्थितियों को बनाए रखने के लिए वास्तविक समय गैस निगरानी प्रणालियों का उपयोग किया जाता है। ये प्रणालियाँ उन बड़े 300 मिमी वेफरों में मापन की मान्यता के भीतर प्लस या माइनस 2 प्रतिशत की समरूपता प्राप्त करने में सहायता करती हैं। इस प्रकार के सटीक नियंत्रण के कारण ही आज के तर्क चिप्स तथा मेमोरी मॉड्यूल इतना अच्छा प्रदर्शन करते हैं तथा निर्माता को उनके उत्पादन चक्रों से अच्छी पैदावार प्राप्त होती है।

एडवांस्ड नोड लिथोग्राफी के लिए सीएमपी स्लरीज और फोटोमास्क सब्सट्रेट्स में भूमिका

रासायनिक यांत्रिक समतलीकरण, या जिसे आमतौर पर CMP कहा जाता है, परमाण्विक स्तर पर अत्यंत सपाट सतहों को बनाने के लिए क्रिस्टलीय सिलिका के छोटे-छोटे कणों से बनी निलंबन पर निर्भर करता है। 3D NAND मेमोरी चिप्स और उन उप-5 नैनोमीटर FinFET संरचनाओं जैसे उन्नत सेमीकंडक्टर उपकरणों के निर्माण में यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जिनके बारे में हम इतना सुनते हैं। यह सामग्री अच्छी तरह से काम करती है क्योंकि यह पीसने के लिए पर्याप्त कठोर होती है लेकिन इसके गोल आकार के कारण पॉलिश किए जा रहे नाजुक परतों को नुकसान नहीं पहुँचाती। इस बीच, उच्च शुद्धता वाले समान सिलिका पाउडर का उपयोग चिप निर्माण में फोटोमास्क के लिए आधार सामग्री बनाने में भी किया जाता है। इन मास्क को 193 नैनोमीटर पर लगभग सभी पराबैंगनी प्रकाश को पार करने देने की आवश्यकता होती है, जबकि बार-बार गर्म करने और ठंडा करने के चक्रों के बाद भी अपने आकार को बनाए रखना होता है। ऑप्टिकल स्पष्टता और स्थिरता के इस संयोजन के कारण निर्माता चरम पराबैंगनी प्रकाशयुक्त लिथोग्राफी प्रक्रियाओं के दौरान अत्यंत सटीक पैटर्न बनाए रख सकते हैं, जहां प्रत्येक एक्सपोजर चक्र अन्यथा उन सूक्ष्म विशेषताओं को विकृत कर सकता है जिन्हें वे बनाने की कोशिश कर रहे हैं।

सामग्री चयन ढांचा: जब क्रिस्टलीय सिलिका पाउडर अवास्तविक विकल्पों पर प्रभुत्व रखता है

क्रिस्टलीय और अक्रिस्टलीय सिलिका के बीच चयन वास्तव में एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए सबसे महत्वपूर्ण गुणों की आवश्यकता पर निर्भर करता है। उदाहरण के तौर पर क्रिस्टलीय सिलिका पाउडर, विशेष रूप से अल्फा क्वार्ट्ज, जो गर्म होने पर बेहतर संरचनात्मक पूर्वानुमेयता प्रदान करता है। यही कारण है कि तापीय ऑक्सीकरण और विशिष्ट कांच निर्माण जैसी प्रक्रियाओं में इसकी बहुत महत्वपूर्ण भूमिका है, जहां एकसमान परतों और स्थिर चरणों का होना उपकरणों के प्रदर्शन के लिए बहुत अंतर लाता है। नियमित जाली संरचना का अर्थ है कि हम संगलन व्यवहार की स्थिरता और तरल अवस्था से कांच में वापस बदलने के प्रतिरोध पर भरोसा कर सकते हैं। दूसरी ओर, अक्रिस्टलीय सिलिका तापीय आघात को बेहतर ढंग से संभालता है लेकिन उन्हीं पूर्वानुमेय चरण परिवर्तनों या अशुद्धियों पर कसने वाले नियंत्रण की पेशकश नहीं करता। जब विशिष्टताओं में 5 पीपीएम से कम अशुद्ध धातुओं या 10 माइक्रॉन से छोटे कण आकार की आवश्यकता होती है, तो क्रिस्टलीय विकल्प बेहतर काम करते हैं क्योंकि वे अभिक्रियाओं के दौरान कम दोष पैदा करते हैं। अंततः, एक सामग्री को दूसरे पर प्राथमिकता देना प्रक्रिया की सटीकता के महत्व और सामग्री द्वारा सहन की जाने वाली तनाव की मात्रा के बीच तुलन करने के बारे में है।

औद्योगिक सेटिंग्स में क्रिस्टलाइन सिलिका पाउडर के लिए सुरक्षा, हैंडलिंग और वियमानकीय अनुपालन

उच्च-थ्रूपुट सुविधाओं में OSHA PELs, इंजीनियरिंग नियंत्रण और वास्तविक-समय धूल निगरानी

क्रिस्टलीय सिलिका पाउडर फेफड़ों के स्वास्थ्य के लिए गंभीर खतरे पैदा करता है, जिसीलिए नियामक संस्थाएं इस पर इतनी नजर रखती हैं। व्यावसायिक सुरक्षा एवं स्वास्थ्य प्रशासन (Occupational Safety and Health Administration) ने क्रिस्टलीय सिलिका युक्त सांस में ले जाने योग्य कणों के लिए 50 माइक्रोग्राम प्रति घन मीटर की सीमा निर्धारित की है, जिसका अर्थ है कि कारखानों में ठोस सुरक्षा उपाय लागू करने की आवश्यकता होती है। अधिकांश संयंत्र पहले इंजीनियरिंग समाधानों से शुरुआत करते हैं। ऐसी चीजों के बारे में सोचें जैसे कार्यकर्ताओं से धूल को दूर खींचने वाले शक्तिशाली निष्कासन प्रणाली, या प्रसंस्करण के दौरान हवा में उड़ने वाले कणों को कम करने के लिए सामग्री को गीला रखना। जहां धूल तेजी से जमा होती है, वहां अर्धचालक निर्माण संयंत्र वास्तविक समय में कणों की गणना करने वाले निरंतर निगरानी उपकरणों पर निर्भर रहते हैं। जब कणों का स्तर 25 माइक्रोग्राम प्रति घन मीटर के चेतावनी चिह्न के बहुत करीब पहुंच जाता है, तो ये प्रणाली चेतावनी संकेत देती हैं। कुछ सुविधाएं यह भी विश्लेषण करती हैं कि हवा उनके क्षेत्रों में कैसे घूमती है, और संचालन में समय के साथ होने वाले परिवर्तनों के अनुसार सुरक्षा उपायों में समायोजन करती हैं। इससे उत्पादन में लगातार बाधा डाले बिना सिलिकोसिस के मामलों में कमी आती है।