Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions

Surface coating is widely used in microelectronic industry to produce thin films over surfaces with uneven topography. Such processes are used in fabricating integrated circuits, storage devices, such as magnetic disks, memory devices and optical disks as well as for manufacturing adhesives, magneti...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Παυλίδης, Μιχαήλ
Άλλοι συγγραφείς: Τσαμόπουλος, Ιωάννης
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2010
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2836
id nemertes-10889-2836
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Film flow
Viscoelastic fluid
Surface coating
Spin coating
Analytical solutions
Flow over topography
Elliptic mesh generation
Static contact lines
Ροή υμένα
Ιξωδοελαστικό ρευστό
Επιφανειακή επικάλυψη
Επικάλυψη εκ περιστροφής
Αναλυτικές λύσεις
Ροή σε τοπογραφία
Ελλειπτική δημιουργία πλέγματος
Στατικές γραμμές επαφής
532.053 3
spellingShingle Film flow
Viscoelastic fluid
Surface coating
Spin coating
Analytical solutions
Flow over topography
Elliptic mesh generation
Static contact lines
Ροή υμένα
Ιξωδοελαστικό ρευστό
Επιφανειακή επικάλυψη
Επικάλυψη εκ περιστροφής
Αναλυτικές λύσεις
Ροή σε τοπογραφία
Ελλειπτική δημιουργία πλέγματος
Στατικές γραμμές επαφής
532.053 3
Παυλίδης, Μιχαήλ
Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions
description Surface coating is widely used in microelectronic industry to produce thin films over surfaces with uneven topography. Such processes are used in fabricating integrated circuits, storage devices, such as magnetic disks, memory devices and optical disks as well as for manufacturing adhesives, magnetic tapes, magazines which can produce thicker films over patterns of similar depth and width at higher speeds. Other applications of film flow over uneven surfaces come from specific designs of surfaces of heat-exchangers and the surfaces of various structured packings used to improve heat and mass transfer operations. The one-dimensional, gravity-driven film-flow of a linear or exponential PTT liquid, flowing either on the outer or on the inner surface of a vertical cylinder or over a planar wall is analyzed. Numerical solution of the governing equations is generally possible. Analytical solutions are derived only for: (i) linear PTT model in cylindrical and planar geometries in the absence of solvent and the affinity parameter set at zero; (ii) linear or exponential PTT model in a planar geometry in the absence of solvent and the affinity parameter the affinity parameter obtains nonzero values; (iii) exponential PTT model in planar geometry in the absence of solvent and the affinity parameter set at zero. Then, the two-dimensional, steady flow of a viscoelastic film over a periodic topography under the action of a body force is studied. It is examined the interplay of elastic, viscous, inertia and capillary forces on the film thickness and planarization efficiency over steep topographical changes of the substrate. The code is validated by verifying that in isolated topographies the periodicity conditions result in fully developed viscoelastic film flow at the inflow/outflow boundaries and that its predictions for Newtonian fluids over 2D topography under creeping flow conditions coincide with those of previous works. Finally, the steady film-flow of a Newtonian fluid has been studied over a trench examining the various types of inclusions that can be formed. It can be distinguished three possible flow configurations when (a) the triple contact points are ‘pinned’ at the lips of the cavity, (b) the triple contact points are at the left side and the bottom of the cavity so that the cavity is not filled with liquid only around its left concave corner and (c) the two triple contact points are at the two sides of the cavity so that its bottom remains empty.
author2 Τσαμόπουλος, Ιωάννης
author_facet Τσαμόπουλος, Ιωάννης
Παυλίδης, Μιχαήλ
format Thesis
author Παυλίδης, Μιχαήλ
author_sort Παυλίδης, Μιχαήλ
title Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions
title_short Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions
title_full Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions
title_fullStr Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions
title_full_unstemmed Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions
title_sort film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions
publishDate 2010
url http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2836
work_keys_str_mv AT paulidēsmichaēl filmflowoversolidsubstratestheeffectoffluidrheologyandsubstrategeometryandthepredictionofformationofgasinclusions
AT paulidēsmichaēl epikalypsēstereēsepiphaneiasmeymenareustouepidrasētēsreologiastoureustoukaitēsmorphologiastouypostrōmatoskaiproblepsēdēmiourgiasenkleismatōnaera
_version_ 1771297329812340736
spelling nemertes-10889-28362022-09-05T20:41:09Z Film flow over solid substrates : the effect of fluid rheology and substrate geometry and the prediction of formation of gas inclusions Επικάλυψη στέρεης επιφάνειας με υμένα ρευστού : επίδραση της ρεολογίας του ρευστού και της μορφολογίας του υποστρώματος και πρόβλεψη δημιουργίας εγκλεισμάτων αέρα Παυλίδης, Μιχαήλ Τσαμόπουλος, Ιωάννης Αικατερινάρης, Ιωάννης Γογγολίδης, Ευάγγελος Μαυραντζάς, Βλάσσιος Μιτσούλης, Ευάγγελος Μπουργανός, Βασίλειος Πελεκάσης, Νικόλαος Τσαμόπουλος, Ιωάννης Pavlidis, Michael Film flow Viscoelastic fluid Surface coating Spin coating Analytical solutions Flow over topography Elliptic mesh generation Static contact lines Ροή υμένα Ιξωδοελαστικό ρευστό Επιφανειακή επικάλυψη Επικάλυψη εκ περιστροφής Αναλυτικές λύσεις Ροή σε τοπογραφία Ελλειπτική δημιουργία πλέγματος Στατικές γραμμές επαφής 532.053 3 Surface coating is widely used in microelectronic industry to produce thin films over surfaces with uneven topography. Such processes are used in fabricating integrated circuits, storage devices, such as magnetic disks, memory devices and optical disks as well as for manufacturing adhesives, magnetic tapes, magazines which can produce thicker films over patterns of similar depth and width at higher speeds. Other applications of film flow over uneven surfaces come from specific designs of surfaces of heat-exchangers and the surfaces of various structured packings used to improve heat and mass transfer operations. The one-dimensional, gravity-driven film-flow of a linear or exponential PTT liquid, flowing either on the outer or on the inner surface of a vertical cylinder or over a planar wall is analyzed. Numerical solution of the governing equations is generally possible. Analytical solutions are derived only for: (i) linear PTT model in cylindrical and planar geometries in the absence of solvent and the affinity parameter set at zero; (ii) linear or exponential PTT model in a planar geometry in the absence of solvent and the affinity parameter the affinity parameter obtains nonzero values; (iii) exponential PTT model in planar geometry in the absence of solvent and the affinity parameter set at zero. Then, the two-dimensional, steady flow of a viscoelastic film over a periodic topography under the action of a body force is studied. It is examined the interplay of elastic, viscous, inertia and capillary forces on the film thickness and planarization efficiency over steep topographical changes of the substrate. The code is validated by verifying that in isolated topographies the periodicity conditions result in fully developed viscoelastic film flow at the inflow/outflow boundaries and that its predictions for Newtonian fluids over 2D topography under creeping flow conditions coincide with those of previous works. Finally, the steady film-flow of a Newtonian fluid has been studied over a trench examining the various types of inclusions that can be formed. It can be distinguished three possible flow configurations when (a) the triple contact points are ‘pinned’ at the lips of the cavity, (b) the triple contact points are at the left side and the bottom of the cavity so that the cavity is not filled with liquid only around its left concave corner and (c) the two triple contact points are at the two sides of the cavity so that its bottom remains empty. Η μελέτη ρευστών υμένων κατέχει σημαντική θέση στη σύγχρονη επιστήμη και τεχνολογία και συναντάται ευρύτατα σε βιομηχανικές διεργασίες (π.χ. κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων όπως είναι μικροεπεξεργαστές, ολοκληρωμένα κυκλώματα και συσκευές μνήμης, κατασκευή ψηφιακών αποθηκευτικών μέσων όπως μαγνητικοί δίσκοι, δισκέτες, κασέτες και οπτικοί δίσκοι, διεργασίες φωτολιθογραφικής επικάλυψης και εκτύπωσης όπως επικαλυπτικές ουσίες, μαγνητικές ταινίες και περιοδικά κ.α.). Επιπλέον, οι ρευστοί υμένες χρησιμοποιούνται για την βελτιστοποίηση διεργασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας (εναλλάκτες θερμότητας). Πρώτα αναλύεται η μονοδιάστατη ροή λόγω βαρύτητας ενός υμένα ιξωδοελαστικού ρευστού που ακολουθεί το καταστατικό μοντέλο Phan-Thien and Tanner (PTT) σε γραμμική ή εκθετική μορφή. Το ρευστό ρέει είτε στην εξωτερική είτε στην εσωτερική επιφάνεια ενός κατακόρυφου κυλίνδρου ή σε επίπεδο τοίχωμα. Η αριθμητική επίλυση των διεπουσών εξισώσεων είναι πάντοτε δυνατή. Αναλυτικές εκφράσεις εξάγονται μόνο για (i) γραμμικό μοντέλο PTT σε κυλινδρικές και επίπεδες γεωμετρίες απουσία διαλύτη και η παράμετρος συγγένειας είναι μηδενική, (ii) γραμμικό ή εκθετικό μοντέλο PTT σε επίπεδη γεωμετρία απουσία διαλύτη με μη μηδενική παράμετρο συγγένειας και (iii) εκθετικό μοντέλο PTT σε επίπεδη γεωμετρία απουσία διαλύτη και με μηδενική παράμετρο συγγένειας. Στη συνέχεια μελετάται η δισδιάστατη μόνιμη ροή ενός ιξωδοελαστικού υμένα κατά μήκος περιοδικής τοπογραφίας υπό την επίδραση είτε της βαρύτητας είτε της φυγοκέντρου δύναμης. Εξετάζεται τόσο η επίδραση των ιξωδοελαστικών ιδιοτήτων υπό συνθήκες έρπουσας ροής όσο και των τριχοειδών και αδρανειακών δυνάμεων καθώς και της γεωμετρίας του υποστρώματος στο πάχος του υμένα και στη δυνατότητα εξομάλυνσής του παρά τις απότομες αλλαγές του υποστρώματος. Ο κώδικας ελέγχθηκε μέσω της σύγκρισης των προβλέψεών του με προηγούμενες εργασίες που αφορούν σε Νευτωνικά και σε ιξωδοελαστικά ρευστά. Τέλος, εξετάζεται η δισδιάστατη μόνιμη ροή ενός Νευτωνικού υμένα πάνω από παρόμοια μεταβαλλόμενο υπόστρωμα, ενώ επιτρέπεται να σχηματίζονται εγκλείσματα αέρα μεταξύ του υμένα και του υποστρώματος. Διακρίνονται οι εξής δυνατότητες σχηματισμού εγκλεισμάτων αέρα ανάλογα με τη θέση της κάτω επιφάνειας του υμένα: (α) εμφανίζονται σταθερά σημεία επαφής στις άνω (κυρτές) γωνίες του υποστρώματος, (β) σχηματίζεται έγκλεισμα γύρω από την πρώτη κοίλη γωνία του υποστρώματος και (γ) εμφανίζονται δύο τριπλά σημεία επαφής με τις παράπλευρες επιφάνειες του υποστρώματος. 2010-04-12T06:26:38Z 2010-04-12T06:26:38Z 2010-01-26 2010-04-12T06:26:38Z Thesis http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2836 en Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 0 application/pdf