
利用红外加热技术来制造碳纳米管时,关键在于精准控制高温区域,从而启动化学气相沉积过程。长期以来,人们一直使用传统的电阻炉来加热材料。不过我们现在改用了红外加热灯。为什么呢?因为仅仅为了加热一小部分材料而让大量空气一起升温,实在是一种能源浪费。
真正重要的加热点
制造碳纳米管时,需要快速升温并精确控制温度。而红外灯正好能满足这一需求。它可以直接将辐射能量传递到基底上,无需等待整个腔体都变热。这样一来,就无需再为加热空气而消耗能量,从而降低了每块晶圆的能耗,也让整个生产过程更加环保。
我们使用的设备
我们使用的是短波石英灯。因为短波光能更快地穿透基底,所以比中波或长波光更有效。我们会使用高功率的石英灯,以达到700℃至1000℃的理想温度,这样才能实现碳纳米管的合成。
硬件方面的要求
这套设备并非“即插即用”的产品。由于电流强度很大,我们必须使用耐用的连接器。如果线路无法承受持续的高温负荷,那么连接点就会烧毁。此外,我们还会使用石英外壳——因为只有石英才能抵抗CVD过程中产生的腐蚀性气体。
需要注意的缺点
虽然红外加热系统比传统炉子快得多,但它的加热范围是有方向的。如果灯的位置稍微偏离一点,基底的某些部位就会得不到足够的热量,从而导致碳纳米管的生长不均匀。为了避免这种情况,就必须精确控制PID控制器和热电偶,确保温度不会超出控制范围。
另外,还必须注意屏蔽问题。如果不进行屏蔽,辐射热会损坏传感器导线,导致信号出现误差,进而影响数据质量。