IR 가열을 이용해 탄소나노튜브를 제대로 만드는 방법
탄소나노튜브를 생산할 때는 화학 기상 증착(CVD) 공정이 원활하게 진행될 수 있도록 적절한 고온 환경을 조성하는 것이 중요합니다. 오랫동안 사람들은 일반적인 저항식 난로를 사용해왔습니다. 하지만 우리는 그 대신 적외선(IR) 가열 장치를 사용합니다. 왜냐하면 큰 부피의 공기를 가열해서 작은 부분만 따뜻하게 하는 것은 에너지 낭비이기 때문입니다.
실제로 중요한 곳에 열을 전달하기
CNT를 성장시키려면 빠른 온도 상승과 매우 정밀한 온도 제어가 필요합니다. 바로 여기서 적외선 램프가 유용합니다. 전체 챔버가 따뜻해질 때까지 기다리지 않고, 복사 에너지가 직접 기판에 전달됩니다. 이 방식은 효율적입니다. 공기를 가열하는 데 에너지를 낭비하지 않고, 실제로 성장시키고자 하는 물질을 가열하기 때문입니다. 이를 통해 웨이퍼당 소모되는 전력량을 줄일 수 있으며, 전체 생산 공정도 더 친환경적으로 만들어집니다.
우리가 사용하는 장비
우리는 단파 규소 램프를 사용합니다. 단파는 중파나 장파보다 훨씬 빠르게 기판에 열을 전달하기 때문에 적합합니다. 우리는 높은 와트수의 램프를 사용하여 700°C에서 1000°C 사이의 적절한 온도를 유지합니다.
하드웨어의 중요성
하드웨어도 그냥 연결만 하면 되는 것이 아닙니다. 강한 전류가 흐르기 때문에 내구성이 뛰어난 커넥터를 사용해야 합니다. 만약 배선이 지속적인 열 부하를 견딜 수 없다면, 단자들이 손상될 수 있습니다. 또한 규소로 만들어진 케이스를 사용하는데, 이는 CVD 과정에서 발생하는 부식성 가스로부터 장비를 보호할 수 있는 유일한 방법입니다.
단점들
IR 시스템은 기존의 난로에 비해 크기가 작습니다. 몇 초 만에 온도가 상승하기 때문에 작업 효율성이 매우 높습니다. 하지만 한 가지 단점이 있습니다. 열이 특정 방향으로만 전달된다는 것입니다. 램프가 약간만 벗어나 있어도 기판에 차가운 부분이 생길 수 있습니다. 그러면 CNT의 성장이 불균일해집니다. 이를 방지하기 위해서는 PID 컨트롤러와 온도 센서를 정밀하게 조절해야 합니다. 또한 차폐 처리도 필수적입니다. 차폐 처리를 하지 않으면 복사열로 인해 센서의 선들이 손상될 수 있으며, 데이터도 정확하지 않아질 수 있습니다.