Korrekte Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren mit Infrarotheizung
Bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren ist es entscheidend, die Temperaturen in den relevanten Bereichen genau zu kontrollieren – damit die chemische Vaporphasenabscheidung erfolgreich stattfinden kann. Lange Zeit wurden dazu traditionelle Widerstandsofen verwendet. Doch wir haben sie durch Infrarotheizlampen ersetzt. Warum? Weil es sinnlos ist, eine große Menge Luft zu erhitzen, nur um einen kleinen Bereich zu erwärmen.
Die Wärme an der richtigen Stelle
Zur Herstellung von CNTs ist eine schnelle Erhitzung sowie eine präzise Temperaturregelung notwendig. Genau da kommen Infrarotlampen ins Spiel. Anstatt darauf zu warten, dass der gesamte Raum erhitzt wird, trifft die Strahlung direkt auf das Substrat. Das ist effizient – man muss nicht die Luft erhitzen, sondern direkt das Substrat. Dadurch werden die Energiekosten pro Wafer reduziert, und der gesamte Herstellungsprozess wird umweltfreundlicher.
Die verwendeten Geräte
Wir nutzen Kurzwellenquarzlampen. Kurzwellen sind ideal, denn sie dringen viel schneller in das Wachstumssubstrat ein als Mittel- oder Langwellenoptionen. Wir verwenden Lampen mit hoher Leistung, um die erforderlichen Temperaturen von 700 °C bis 1000 °C zu erreichen.
Die notwendige Hardware
Die Hardware ist nicht einfach „anschlussfertig“. Wir verwenden hochwertige Stecker, da die Stromstärke sehr hoch ist. Wenn die Verkabelung nicht für eine konstante thermische Belastung ausgelegt ist, brennen die Kontakte aus. Zudem verwenden wir Quarzkörper – nur diese überstehen die korrosiven Gase im CVD-Prozess.
Die Nachteile (denn nichts ist perfekt)
Infrarotsysteme sind im Vergleich zu den alten Öfen sehr klein. Sie heizen sich in Sekundenbruchteilen auf – das ist ein großer Vorteil für den Arbeitsablauf. Doch es gibt auch Nachteile: Die Wärme ist gerichtet. Wenn die Lampe auch nur wenige Millimeter vom Substrat entfernt ist, entstehen kühle Stellen auf dem Substrat. Dadurch wird das Wachstum der CNTs ungleichmäßig. Um das zu vermeiden, muss man die PID-Controller sowie Thermoelemente genau steuern, damit die Temperatur nicht überschritten wird.
Schutzmaßnahmen
Vergessen Sie den Schutz nicht! Ohne Schutz können die Strahlungswellen die Sensoren zerstören. Dadurch werden die Signale beeinträchtigt, und man arbeitet mit ungenauen Daten.