Как правильно использовать инфракрасное нагревание для производства углеродных нанотрубок
Производство углеродных нанотрубок требует точного контроля температуры в высокотемпературных зонах, что необходимо для запуска процесса химического осаждения из паров (CVD). Долгое время все использовали традиционные резистивные печи. Но мы заменили их на инфракрасные нагревательные лампы. Почему? Потому что нагрев всего объема воздуха лишь ради подогрева небольшой области — это пустая трата энергии.
Тепло там, где оно действительно нужно
Для роста углеродных нанотрубок необходим быстрый нагрев и строгий контроль температуры. Именно здесь и проявляют преимущества инфракрасных ламп. Вместо того чтобы ждать, пока вся камера нагреется, излучение попадает непосредственно на подложку. Это экономит энергию: не нужно нагревать воздух, достаточно нагреть саму подложку. Это снижает расход энергии на производство одной пластины и делает процесс производства более экологичным.
Оборудование, которое мы используем
Мы используем кварцевые лампы с коротковолновым излучением. Коротковолновое излучение лучше всего проникает в подложку, чем средневолновое или длинноволновое. Мы используем лампы с высокой мощностью, чтобы достичь температуры от 700 до 1000°C, необходимой для синтеза углеродных нанотрубок.
Особенности оборудования
Оборудование не так просто в использовании — его необходимо правильно подключить. Мы используем мощные разъемы, так как ток очень велик. Если провода не рассчитаны на постоянную нагрузку, они могут сгореть. Кроме того, мы используем кварцевые корпуса — только они способны выдерживать агрессивные газы, возникающие в процессе CVD.
Недостатки
Инфракрасные системы гораздо меньше по размеру, чем старые печи. Они нагреваются за секунды. Это большой плюс для процесса производства. Но есть и недостаток: тепло идет в определенном направлении. Если лампа расположена на несколько миллиметров не по центру, на подложке будут образовываться холодные зоны. Это приводит к неравномерному росту углеродных нанотрубок. Чтобы этого избежать, необходимо тщательно контролировать температуру с помощью PID-регуляторов и термопар.
Защита от воздействия тепла
Не стоит забывать и о защите от воздействия тепла. Если ее не предусмотреть, излучение может повредить датчики, что приведет к ошибкам в данных.