ქიმიური წმენდისა და უსაფრთხოების ცოდნა

1 ქიმიური წმენდა

ნახევარგამტარში‑მოწყობილობის პროცესის ექსპერიმენტებში, ქიმიური გაწმენდა გულისხმობს ნახევარგამტარების, მეტალის მასალების და ლაბორატორიული ჭურჭლის ზედაპირებზე ადსორბირებული სხვადასხვა მავნე მინარევების ან ზეთის დამაბინძურებლების მოცილებას. გაწმენდა იყენებს ქიმიურ რეაგენტებს და ორგანულ გამხსნელებს, რათა გამოიწვიოს ქიმიური რეაქციები და დაშლის ეფექტები სამუშაო ზედაპირის ზედაპირზე ადსორბირებული მინარევებითა და ზეთის დამაბინძურებლებით. ფიზიკური ზომები, როგორიცაა ულტრაბგერითი გამოყოფა, გათბობა და ვაკუუმური ტუმბო, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამუშაო ზედაპირიდან მინარევების მოსაშორებლად. შემდეგ სამუშაო ნაწილები ირეცხება დიდი რაოდენობით მაღალი შემცველობის წყლით.‑სიწმინდე ცხელი‑და‑ცივი დეიონიზებული წყალი სუფთა ზედაპირების მისაღებად.

1.1 ქიმიური წმენდის მნიშვნელობა

ქიმიური გაწმენდა საჭიროა პროცესის ტესტირების ყველა ექსპერიმენტისთვის. ქიმიური წმენდის ხარისხი კრიტიკულ გავლენას ახდენს ექსპერიმენტის შედეგებზე. არასწორმა წმენდამ შეიძლება გამოიწვიოს წარუმატებელი ან ცუდი ხარისხის წმენდა.‑ხარისხიანი ექსპერიმენტული შედეგები. ამიტომ, ქიმიური წმენდის ფუნქციებისა და პრინციპების გაგება აუცილებელია წარმატებული პროცესის ექსპერიმენტებისთვის.

როგორც ცნობილია, ნახევარგამტარების ერთ-ერთი მთავარი თვისება მათი მაღალი მგრძნობელობაა მინარევების მიმართ. ნაწილებში მინარევების კვალიც კია.‑თითო‑მილიონი დონის ტოლერანტობამ შეიძლება შეცვალოს ნახევარგამტარების ფიზიკური თვისებები. ეს თვისება გამოიყენება დოპინგის გზით მრავალფეროვანი ფუნქციების მქონე ნახევარგამტარული მოწყობილობების დასამზადებლად. მიუხედავად ამისა, ეს იგივე თვისება ქმნის სირთულეებს ნახევარგამტარებისთვის.‑მოწყობილობის დამუშავების ექსპერიმენტები. ქიმიური რეაგენტები, დამუშავების ხელსაწყოები და გამწმენდი წყალი შეიძლება იყოს მავნე მინარევებით დაბინძურების წყარო. ატმოსფერულ ჰაერთან ხანგრძლივი კონტაქტის შემდეგ, შესამჩნევი მინარევებით დაბინძურება შეინიშნება ხელუხლებელი ნახევარგამტარული ვაფლებიც კი. ქიმიური გაწმენდა გამორიცხავს მავნე მინარევებით დაბინძურებას და ინარჩუნებს სილიკონის სისუფთავეს.‑ვაფლის ზედაპირები.

1.2 ქიმიური წმენდის ფარგლები

ქიმიური წმენდა ძირითადად სამ კატეგორიას მოიცავს:

სილიკონის გაწმენდა;‑ვაფლის ზედაპირები;

ლითონის მასალების გაწმენდა (მაგ., ვოლფრამის ძაფები აორთქლების ელექტროდებისთვის, მოლიბდენის ფურცლები აორთქლების საყრდენებისთვის, ალუმინის შენადნობები აორთქლების წყაროებისთვის, ქრომი ქრომისთვის)‑ნიღბის დამზადება);

ხელსაწყოებისა და ჭურჭლის გაწმენდა (მაგ., ლითონის პინცეტი, კვარცის მილები, შუშის კონტეინერები, გრაფიტის ფორმები, პლასტმასის და რეზინის ნაწარმი).

1.3 სილიკონზე დამაბინძურებელი მინარევების ტიპები‑ვაფლის ზედაპირები

(1) მოლეკულური‑ტიპი: მინარევების ადსორბცია

ტიპიური მოლეკულური‑სილიკონზე ადსორბირებული დამაბინძურებლების წარმოქმნა‑ვაფლის ზედაპირები მოიცავს ბუნებრივ ან სინთეტიკურ ცხიმებს, ფისებსა და ზეთებს. სუბსტრატის ჭრის, დაფქვისა და გაპრიალების დროს შემავალი მინარევები ძირითადად ამ კატეგორიას მიეკუთვნება. სხვა წყაროებია თითის ანაბეჭდები, ფოტორეზისტის ნარჩენები და ორგანული ნარჩენები.‑გამხსნელი დეპოზიტები.

მოლეკულური‑ტიპის მინარევები ძირითადად ფიზიკურად ადსორბირდება და უკავშირდება სილიციუმს‑ვაფლის ზედაპირები ელექტროსტატიკური მიზიდულობით. ცხიმების, ფისების და ზეთების მოლეკულები ზოგადად არ არის‑პოლარული. ბმა წარმოიქმნება ნეიტრალური მინარევების მოლეკულებსა და ზედაპირული სილიციუმის ატომების დაუკმაყოფილებელი ნარჩენი ძალების მიზიდულობის შედეგად. ეს ურთიერთქმედება მოლეკულურ კრისტალებში მოლეკულებს შორის ვან დერ ვაალის ძალების ეკვივალენტურია. ასეთი მიზიდულობის ძალები შედარებით სუსტია და სწრაფად იშლება მოლეკულათშორისი მანძილის ზრდასთან ერთად. ეფექტური ურთიერთქმედების დიაპაზონი დაახლოებით 2-ია.‑3×10⁻⁸სმ (2‑3 Å), შედარებადი მოლეკულურ დიამეტრებთან. აქედან გამომდინარე, მოლეკულური‑ტიპის მინარევების მოცილება შედარებით მარტივია.

კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ის, რომ მოლეკულური‑დამაბინძურებლების ტიპია წყალი‑უხსნადი ორგანული ნაერთები. მათი ადსორბცია წარმოქმნის სილიციუმს‑ვაფლის ზედაპირები ჰიდროფობიურია, რაც ხელს უშლის დეიონიზებულ წყალსა და მჟავას შორის ეფექტურ კონტაქტს‑ტუტე ხსნარებსა და ვაფლის ზედაპირებს. ეს ხელს უშლის რეაგენტების ურთიერთქმედებას ზედაპირის ნაწილაკებთან და აფერხებს ეფექტურ ქიმიურ გაწმენდას.

(2) იონური‑ტიპი: მინარევების ადსორბცია

საერთო იონი‑სილიციუმზე ადსორბირებული მინარევების წარმოქმნა‑ვაფლის ზედაპირები მოიცავს K-ს⁺, ნა⁺, კალიფორნია²⁺, მაგნიუმი²⁺, ფე²⁺, ჰ⁺, ოჰაიო⁻, ფ⁻, კლ⁻, ს²⁻, CO₃²⁻და ა.შ. ეს მინარევები სხვადასხვა წყაროდან მოდის: ატმოსფერული ჰაერი, ჭურჭელი და აღჭურვილობა, ქიმიური აგენტები, დაბალი‑სისუფთავის დეიონიზებული წყალი, ონკანის წყალი, ამოსუნთქული სუნთქვა და ოპერატორის ოფლი.

იონური‑ადსორბციის ტიპი ძირითადად ქემისორბციას მიეკუთვნება. მინარევების იონები ვაფლის ზედაპირებს ქიმიური გზით უკავშირდებიან.‑ბმის ძალები. მინარევ იონებსა და ზედაპირულ ატომებს შორის წონასწორობის მანძილები უკიდურესად მოკლეა, ამიტომ ადსორბირებული იონები შეიძლება ჩაითვალოს სილიციუმის ბადის ნაწილად. ქიმიზორბირებულ იონურ მინარევებს შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც ხაფანგების ცენტრები: ზოგიერთი იკავშირებს თავისუფალ ბადის ელექტრონებს და ემსახურება როგორც აქცეპტორებს; სხვები იჭერენ თავისუფალ ხვრელებს და ფუნქციონირებენ როგორც დონორები. ძლიერი ქიმისორბციული ძალების გამო, იონური მინარევების მოცილება გაცილებით რთულია, ვიდრე მოლეკულური დამაბინძურებლების მოცილება.

(3) ატომური‑ტიპი: მინარევების ადსორბცია

ატომური‑ზედაპირის დამაბინძურებლები ძირითადად ლითონის ატომებია, როგორიცაა ოქრო, ვერცხლი, სპილენძი, რკინა და ნიკელი. ეს ლითონის ატომები, როგორც წესი, წარმოიქმნება მჟავე ექსტანტებში რედუქციული ჩანაცვლების რეაქციებით, რომლებიც სილიციუმზე ილექება.‑ვაფლის ზედაპირები.

ატომური‑ტიპის ადსორბცია ავლენს ყველაზე ძლიერ შეკავშირების ძალას და მისი აღმოფხვრა ყველაზე რთულია. მძიმე‑ლითონის ატომები, როგორიცაა ოქრო და პლატინა, ძლივს რეაგირებენ ჩვეულებრივ მჟავებთან და ტუტეებთან. ამიტომ, ხსნადი კომპლექსების წარმოსაქმნელად საჭიროა სპეციალური რეაგენტები, როგორიცაა სამეფო წყალი. კომპლექსური მეტალის სახეობები შემდგომში ირეცხება მაღალი ორთქლით.‑სისუფთავის დეიონიზებული წყალი.

1.4 ზოგადი სილიკონი‑ვაფლის გაწმენდის პროცედურა

როგორც ზემოთ გაანალიზდა, მოლეკულური‑ტიპის მინარევების მოცილება შედარებით ადვილია. დარჩენილ მოლეკულურ დამაბინძურებლებს შეუძლიათ შენიღბონ იონური‑და ატომური‑ტიპის მინარევები და ხელს უშლის მათ მოცილებას. შესაბამისად, მოლეკულური დამაბინძურებლები ჯერ სრულად უნდა გამოირიცხოს სილიციუმის გამოყენებისას.‑ვაფლის ქიმიური გაწმენდა.

იონური‑და ატომური‑ტიპის მინარევები ქიმიურად შეიწოვება ძლიერი ზედაპირული აფინურობით. ატომური დამაბინძურებლები ჩვეულებრივ მცირე რაოდენობითაა წარმოდგენილი და ინერტულია ჩვეულებრივი მჟავებისა და ტუტეების მიმართ; მათი გახსნა მხოლოდ სამეფო წყლით ან მჟავე წყალბადით შეიძლება.‑პეროქსიდის ხსნარები. სამეფო წყალი და მჟავე წყალბადის პეროქსიდი ასევე ხსნიან იონურ მინარევებს. სტანდარტული სამუშაო პროცესი იყენებს მჟავას‑ტუტე ხსნარები ან ტუტე წყალბადის ზეჟანგი თავდაპირველად იონური მინარევების მოსაშორებლად. ნარჩენი იონური დამაბინძურებლები და ატომური მინარევები შემდეგ შორდება სამეფო წყლის ან მჟავე წყალბადის ზეჟანგის გამოყენებით. საბოლოო ჩამობანა მაღალი სითხით‑პროცესს ასრულებს სისუფთავის დეიონიზებული წყალი.

შეჯამებით, ზოგადი სილიკონი‑ვაფლის გაწმენდის თანმიმდევრობაა: ცხიმის მოცილება→იონების მოცილება→ატომური‑მინარევების მოცილება→დეიონიზებული‑წყლით გამრეცხვა.

სილიკონის ვაფლები ყოველი ექსპერიმენტის წინ ქიმიურად უნდა გაიწმინდოს. მიუხედავად ამისა, ზედაპირის პირობები განსხვავდება ცდის მიხედვით. შესაბამისად, საწმენდი ქიმიკატები და პრიორიტეტული მიზნები შესაბამისად იცვლება. პრაქტიკული დასუფთავების სამუშაო პროცესები მოქნილია. კონკრეტული მეთოდები და ნაბიჯები განისაზღვრება თითოეული შემთხვევის მიხედვით.‑by‑შემთხვევის საფუძველზე, ფაქტობრივი დასუფთავების მიხედვით‑ეფექტის მოთხოვნები.

1.5 ჩვეულებრივი ლითონებისა და ჭურჭლის გაწმენდის მეთოდი

ლითონის მასალები და ლაბორატორიული ხელსაწყოები სილიკონის ძირითადი წყაროებია.‑ვაფლის დაბინძურება. ლითონებისა და ჭურჭლის საფუძვლიანი გაწმენდა სავალდებულოა ვაფლის დაბინძურების უზრუნველსაყოფად.‑ზედაპირის სისუფთავე. ლითონებისა და ჭურჭლის გაწმენდის ზოგადი პრინციპია: ჯერ ცხიმიანი დამაბინძურებლების მოშორება; გრავირება ან რეცხვა მჟავებით, ტუტეებით, სარეცხი ხსნარებით ან სამეფო წყლებით; და ბოლოს, საფუძვლიანად გავლება მაღალი წნევის წყლით.‑სისუფთავის დეიონიზებული წყალი.

2 უსაფრთხოების ცოდნა

ექსპერიმენტებში ხშირად გამოიყენება სხვადასხვა ქიმიკატები და აირები, მათ შორის აალებადი, ასაფეთქებელი, ტოქსიკური და კოროზიული მჟავა.‑ტუტე ნივთიერებები. არასათანადო მოპყრობამ შეიძლება უბედური შემთხვევები გამოიწვიოს. პრიორიტეტული უნდა იყოს პრევენციული ზომები. უბედური შემთხვევის შემთხვევაში, შეინარჩუნეთ სიმშვიდე და დაუყოვნებლივ განახორციელეთ შესაბამისი მაკორექტირებელი ქმედებები.

2.1 ორგანული გამხსნელების უსაფრთხო დამუშავება

გავრცელებული ორგანული გამხსნელებია ტოლუოლი, აცეტონი, ეთანოლი, მეთილეთილკეტონი, ტრიქლორეთილენი და ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი. ორგანული გამხსნელების უმეტესობა აალებადია და მაღალი ტემპერატურის ზემოქმედების ქვეშ აალებადია.‑ტემპერატურის პირობებში ან ღია ცეცხლთან ახლოს. შეინახეთ გრილ ადგილას, აალების წყაროებისგან მოშორებით. არ გააცხელოთ გამხსნელის კონტეინერები პირდაპირ ელექტრო ღუმელებზე; წყალი‑საჭიროების შემთხვევაში, აბაზანის გათბობა სასურველია. ხანძრის შემთხვევაში, ცეცხლი ჩააქრეთ ნესტიანი ქსოვილით, წვრილი ქვიშით, ნახშირბადით.‑დიოქსიდის, ნახშირბადის ცეცხლმაქრები‑ტეტრაქლორიდის ან ქაფის ცეცხლმაქრები. არასდროს გამოიყენოთ წყალი ან წყალი‑დაფუძნებული მჟავა‑ტუტე ჩაქრობის აგენტები.

ორგანული გამხსნელები აქროლადია და ტოქსიკურობის სხვადასხვა ხარისხი ახასიათებთ. ყველა ოპერაცია უნდა შესრულდეს გამწოვებში, სათანადო ვენტილაციით.

2.2 მჟავებისა და ტუტეების უსაფრთხო დამუშავება

ექსპერიმენტები იყენებს ძლიერ‑მჟავა ხსნარები, როგორიცაა გოგირდმჟავა, აზოტმჟავა, მარილმჟავა, ფტორწყალბადმჟავა და სამეფო წყალი, ასევე ძლიერი‑ტუტე ხსნარები, მათ შორის ნატრიუმის ჰიდროქსიდი და კალიუმის ჰიდროქსიდი. ეს ნივთიერებები ძლიერ კოროზიულია ადამიანის კანისა და ტანსაცმლისთვის, რაც მოითხოვს ექსპლუატაციის უსაფრთხოების ფრთხილად კონტროლს.

დაამონტაჟეთ ეფექტური ვენტილაციისა და გამონაბოლქვი სისტემები იმ ადგილებში, სადაც შეიძლება დაგროვდეს მჟავა ან ტუტე ორთქლი.

ოპერატორებმა უნდა ატარონ შესაბამისი დამცავი აღჭურვილობა, როგორიცაა რეზინის ხელთათმანები და რესპირატორი.

არასოდეს გადაიტანოთ პიპეტით მჟავა ან ტუტე ხსნარები პირით; გამოიყენეთ პიპეტები რეზინის ბოლქვებიანი.

ტრანსპორტირებისას გამოიჩინეთ სიფრთხილე, რათა თავიდან აიცილოთ ბოთლის გადაბრუნება ან გატეხვა. კონტეინერების გახსნისას ბოთლის ღიობები პერსონალისგან მოშორებით მიმართეთ.

გოგირდმჟავა ყოველთვის ნელა დაამატეთ წყალში განზავებისთვის. არასდროს ჩაასხათ წყალი კონცენტრირებულ გოგირდმჟავაში.

ნეიტრალიზაციამდე, კონცენტრირებული მჟავები ან ტუტეები წყლით გააზავეთ, შემდეგ კი ნეიტრალიზაცია შესაბამისი ტუტე ან მჟავა ხსნარების გამოყენებით ჩაატარეთ.

ცარიელი ჭურჭლები, რომლებშიც ადრე კონცენტრირებული მჟავები ან ტუტეები იყო, სრულად უნდა დაიცალოს, განმეორებით გამოირეცხოს წყლით და შემდეგ დაექვემდებაროს რუტინულ გაწმენდის პროცედურებს.

მჟავას შემთხვევაში;‑ტუტე დამწვრობის შემთხვევაში, დაზიანებული ქსოვილი დაუყოვნებლივ ჩამოიბანეთ უხვი გამდინარე წყლით. თუ შხეფები თვალში მოხვდება, სწრაფად ჩამოიბანეთ თვალები დიდი რაოდენობით ონკანის წყლით. ჩამობანის შემდეგ დაუყოვნებლივ მიმართეთ ექიმს, დამწვრობის სიმძიმის ან თვალის კონტაქტის მიუხედავად.

2.3 აირების უსაფრთხო დამუშავება

ექსპერიმენტული გაზები მიეწოდება მაღალი სიმძლავრის საშუალებით‑წნევის ცილინდრები ან გაზსადენები. გარკვეული აირების შერევამ შეიძლება გამოიწვიოს წვა ან აფეთქება.

გაზის ცილინდრები ფერადია‑კოდირებული და მონიშნულია შემავალი აირების იდენტიფიცირებისთვის. ცილინდრები გაზს მაღალი წნევის ქვეშ ინარჩუნებენ; ახლად შევსებული ცილინდრები დაახლოებით 150-ს აღწევს. კგ/სმ²შენახვისა და გამოყენების დროს გამოიყენება განსაკუთრებული უსაფრთხოების ზომები.

ზაფხულში გაზის ცილინდრების გამოყენებისას მოერიდეთ მზის პირდაპირ სხივებს. აალებადი მასალები და აალების წყაროები ცილინდრთან ახლოს შეინახეთ.‑შენახვის ზონები.

გაზის გაჟონვით გამოწვეული უბედური შემთხვევების თავიდან ასაცილებლად, გაზის წყვილები, რომლებიც შეხებისას რეაგირებენ ცეცხლსასროლი ან აფეთქებით (მაგ., წყალბადის და ჟანგბადის ცილინდრები), შეინახეთ ცალკე, იზოლირებულ ოთახებში.

ცილინდრის აირი ბოლომდე არ გამოწუროთ; ცილინდრებში გარკვეული ნარჩენი წნევა შეინარჩუნეთ.

თავიდან აიცილეთ ცხიმით დაბინძურება ცილინდრის სარქველებსა და გასაღებებზე.

წყალბადის გამოყენებისას, აღჭურვილობიდან ჰაერი ინერტული აირით გაწმინდეთ, მთელი სისტემა გაჟონვაზე შეამოწმეთ და უკუქცევის შემაკავებლები დაამონტაჟეთ.

2.4 ტოქსიკური ნივთიერებების უსაფრთხო დამუშავება

ექსპერიმენტებში ტოქსიკურ ქიმიურ რეაგენტებთან და ნაერთებთან მუშაობისას თავიდან აიცილეთ მოწამვლა. უსაფრთხოების ძირითადი პრინციპებია:

სამუშაოები ჩაატარეთ გამწოვებში. ნარჩენების ნარჩენები და ნარჩენი სითხეები დაამუშავეთ მათ განკუთვნილ უსაფრთხო ადგილებში გადაყრამდე.

გამოიყენეთ რესპირატორები და დამცავი ხელთათმანები. ნებისმიერ ფასად მოერიდეთ კანთან კონტაქტს და ტოქსიკური მასალების ორალურად მიღებას.

ექსპერიმენტების დასრულების შემდეგ ხელთათმანები კარგად ჩამოიბანეთ წყლით, სანამ მათ მოიხსნით.