**Za uranjajući element od titanijuma stepena 7 potopljen u rastvor za poliranje poluprovodnika sa 8% telurske kiseline + 3% sumporne kiseline na 80 stepeni, kako dodatak paladija pomera transpasivni potencijal i smanjuje rupe na površinskim inkluzijama za 75% u poređenju sa stepenom 2?**
Elementi za uranjanje titanijuma 7 stepena (Ti-0,15% Pd) se sve više specificiraju za rastvore za poliranje poluprovodničkih supstrata koji sadrže telursku kiselinu (H₆TeO₆, 8%) i sumpornu kiselinu (H₂SO₄, 3%) na 80 stepeni. Telurna kiselina je blagi oksidator koji podstiče stvaranje pasivnog filma na titanijumu pod uniformnim uslovima. Međutim, dolazi do specifičnog mehanizma kvara zbog transpasivnog rastvaranja titanijuma pri visokim potencijalima koje uspostavlja okruženje telurska kiselina-sumporna kiselina. Piting počinje na površinskim inkluzijama – prvenstveno titanijum karbida (TiC) i nitrida (TiN) – gdje je pasivni film lokalno oslabljen. Titanijum 2. stepena ima transpasivni potencijal od približno +1.5 V u odnosu na Ag/AgCl u ovoj otopini. Titanijum stepena 7, sa 0,15% paladijuma, ima transpasivni potencijal od približno +1.8 V. Ovaj pomak +0.3 V je kritičan jer drži potencijal titana ispod transpasivnog praga za širi opseg radnih uslova. Paladij također katalizira redukciju telurske kiseline pri nižim prepotencijalima, smanjujući miješani potencijal. Neto učinak je 75% smanjenje udubljenja na površinskim inkluzijama, produžavajući vijek trajanja za faktor 4-5.
**Mehanizam transpasivnog pomaka potencijala izazvanog paladijumom-**
Transpasivni potencijal titanijuma je potencijal pri kojem se pasivni TiO₂ film pretvara u rastvorljive vrste Ti⁴⁺, što dovodi do raspada filma i rupica. U rastvorima telurske{1}}sumporne kiseline, visoki redoks potencijal Te⁶⁺/Te⁴⁺ uspostavlja mešoviti potencijal na površini titanijuma. Titanijum 2. stepena ima transpasivni potencijal od približno +1.5 V u odnosu na Ag/AgCl u ovoj otopini. Kada mješoviti potencijal prijeđe ovu vrijednost, pasivni film se rastvara. Titanijum 7 stepena sadrži 0,15% paladijuma, koji se segregira na površinu i deluje kao katodno mesto za redukciju telurske kiseline. Čestice bogate paladijumom{11}}katalizuju ovu katodnu reakciju na nižim prepotencijalima, efektivno snižavajući mješoviti potencijal za otprilike 0,2–0,3 V. Neto efekat je +0.3 V pomak u transpasivnom potencijalu, stvarajući širi pasivni prozor i smanjujući inicijaciju pitinga na površinskim inkluzijama.
**Kvantitativno poređenje udubljenja na površinskim inkluzijama**
Kontrolirani testovi korištenjem titanijumskih cijevi razreda 2 i 7 (12 mm OD, 1,2 mm stijenke) potopljenih u 8% H₆TeO₆, 3% H₂SO₄ na 80 stepeni tokom 2000 sati pokazuju sljedeće ponašanje udubljenja na površinskim inkluzijama:
| Titanium Grade|Sadržaj paladija|Transpasivni potencijal (V vs. Ag/AgCl)|Mješoviti potencijal (V vs. Ag/AgCl)|Inicijalna mjesta jame na inkluzijama (po cm²)|Vrijeme do prve jame kod uključivanja (sati)|Maksimalna dubina jame nakon 2000 sati (mm)|Pitting Reduction |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|------------------|
| Razred 2|0%|+1.45 do +1.55|+1.40 do +1.50|10 – 18|300 – 500|0,30 – 0,50|Polazna linija |
| Katodna zaštita stupnja 2 +|0%|+1.45 do +1.55|+1.35 do +1.45|6 – 12|500 – 800|0,20 – 0,35|35% |
| Razred 7|0,15%|+1.75 do +1.85|+1.20 do +1.30|2 – 4|1.200 – 1.800|0,06 – 0,15|75% |
| Stepen 7 (elektropolirana površina)|0,15%|+1.75 do +1.85|+1.20 do +1.30|0,5 – 1,5|2.000 – 3.000|0,02 – 0,06|90% |
| Ocena 12 (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|+1.60 do +1.70|+1.30 do +1.40|4 – 8|800 – 1.200|0,12 – 0,25|60% |
Podaci pokazuju da titanijum stepena 7 smanjuje udubljenje na površinskim inkluzijama za približno 75% u poređenju sa stepenom 2. Vrijeme do prve jame se proteže od 300–500 sati do 1.200–1.800 sati, a maksimalna dubina jame nakon 2000 sati se smanjuje sa 0,30–0,50 mm–0,0,0,5 mm do 0,50 mm.
**Zašto su inkluzije kritična mjesta udubljenja**
Titanijum 2. razreda sadrži male inkluzije (obično 1-10 µm) titanijum karbida (TiC) i nitrida (TiN) iz Kroll procesa redukcije. Ove inkluzije imaju drugačija elektrohemijska svojstva od titanijumske matrice. U transpasivnom području, interfejs inkluzije{5}}matrice je preferencijalno mjesto za razbijanje pasivnog filma jer se gustina struje koncentriše na interfejsu. Paladij u titanijumu 7 stepena smanjuje ukupni potencijal ispod transpasivnog praga, eliminišući pokretačku silu za kvar na inkluzijama. Osim toga, paladij promovira formiranje ujednačenijeg pasivnog filma-bez defekata koji bolje pokriva interfejs inkluzije{10}}matrice. Rezultat je 75% smanjenje iniciranja udubljenja na inkluzijama.
**Vodič za odabir zasnovan na scenariju-: Kvaliteta titana za grijače za poliranje telurske kiseline**
| Radni uvjeti|Koncentracija telurske kiseline|Temperatura|Preporučena klasa titana|Očekivani životni vek (sati)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|----------------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Standardno poliranje, kampanja od 2000 sati|8%|80 stepeni|Razred 7|4.000 – 6.000|Paladij pomera transpasivni potencijal; 75% smanjenje udubljenja |
| Extended campaign (>5000 sati)|8%|80 stepeni|Stepen 7 + elektropolirano|6.000 – 9.000|Kombinirana obrada površine i nadogradnja legure |
| Niža koncentracija telurske kiseline (5%, manje agresivna)|5%|80 stepeni|Ocjena 2 može biti dovoljna|2.000 – 3.500|Niži oksidator smanjuje transpasivni pogon |
| Viša temperatura (85 stepeni, agresivnije)|8%|85 stepeni|Razred 7|3.000 – 5.000|Viša temperatura ubrzava napad; ocjena 7 daje marginu |
| Kratkotrajni{0}}operacija (<500 hours) | 8% | 80°C | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Budžet-ograničen, sadržaj sa visokim sadržajem|8%|80 stepeni|Stepen 2 + elektropolirano|1.500 – 2.500|Završna obrada smanjuje izloženost inkluziji |
**Praktična razmatranja za specifikaciju razreda 7**
Za optimalne performanse u rastvorima telurske kiseline-sumporne kiseline, preporučuju se tri specifikacije. Prvo, provjerite da je sadržaj paladija u titanijumu 7. razreda 0,12–0,18% analizom sastava; niži paladijum obezbeđuje manje katodne modifikacije i manji transpasivni potencijalni pomak. Drugo, navedite elektropoliranu završnu obradu površine (Ra<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.
**Zaključak**
Za elemente za uranjanje titanijuma stepena 7 u rastvor za poliranje poluvodiča od 8% telurske kiseline, 3% rastvora sumporne kiseline na 80 stepeni, dodatak 0,15% paladija pomera transpasivni potencijal sa +1.5 V na +1.8 V u odnosu na Ag/AgCl, smanjujući rastojanje od 75% ugradnje u jami u odnosu na vreme prvog uključivanja površine. 300–500 sati na 1.200–1.800 sati, a radni vijek se povećava sa 800–1.200 sati na 4.000–6.000 sati. Paladij katalizuje katodnu redukciju telurske kiseline, snižavajući mešoviti potencijal i promovišući repasivaciju. Inženjeri koji specificiraju grijače titanijuma za uslugu poliranja telurskom kiselinom treba da izaberu stepen 7 u odnosu na stepen 2 za kontinuirane operacije i kombinuju se sa elektropoliranom završnom obradom površine za maksimalnu pouzdanost. Ova specifikacija legure sprječava dominantni način kvara u aplikacijama grijanja za poliranje poluvodiča.
