Warum wir bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren auf Infrarotheizung umsteigen
Beim Wachsen von Kohlenstoffnanoröhren kommt es letztendlich darauf an, wie man mit der Hitze umgeht. Wenn die Aktivierung des Katalysators nicht richtig funktioniert, ist die ganze Charge nutzlos.
Viele Anlagen nutzen immer noch die Methode der heißen Luftzirkulation. Ehrlich gesagt: Das ist ein Engpass. Die heiße Luftzirkulation beruht auf Konvektion – man muss abwarten, bis die Luft warm wird, bevor sie das Substrat erwärmen kann. Das dauert ewig.
Die Infrarotheizung funktioniert anders. Sie nutzt Strahlungsenergie, um die Hitze direkt ins Material zu bringen.
Der „Wartenspiel“
Denken Sie an die Zeit, die damit verloren geht. Bei der heißen Luftzirkulation muss zunächst die gesamte Atmosphäre im Behälter erhitzt werden, bevor das Werkstück überhaupt anzufangen beginnt. Das führt zu Verzögerungen, die die Effizienz beeinträchtigen.
Infrarotlampen funktionieren nicht so. Sie senden Photonen aus, die sofort vom Material absorbiert werden. Damit entfällt der Zwischenhandel. Bei der Herstellung von Halbleitern konnten wir die Aufwärzeit von Minuten auf Sekunden reduzieren.
Das ist ein großer Vorteil: Schnellere Prozesse bedeuten, dass mehr Wafer pro Schicht hergestellt werden können – ohne zusätzliche Anstrengungen.
Mehr Leistung in weniger Raum
Um die für das Wachstum von Kohlenstoffnanoröhren erforderliche Hitze zu erzeugen, verwenden wir Hochleistungs-Infrarotemitter. Das sind keine gewöhnlichen Heizgeräte. Sie liefern eine hohe thermische Dichte in einem kleinen Bereich.
Deshalb braucht man keine riesigen, sperrigen isolierten Öfen, um die Luft warm zu halten. Der Platzbedarf der Ausrüstung wird dadurch reduziert.
Außerdem kann man diese Geräte in verschiedene Bereiche unterteilen. Das ist der größte Vorteil: Wenn ein bestimmter Teil des Materials etwas kalt bleibt, muss man nicht die gesamte Anlage auf maximale Leistung bringen. Man kann einfach nur die Leistung für diesen einzelnen Lampenbereich erhöhen. Das ist präzise.
Die Einschränkungen
Infrarotheizung ist allerdings keine Allheilmethode. Da die Wärme sofort die Oberfläche erreicht, muss man darauf achten, wie tief die Wärme tatsächlich vordringt. Wenn das Substrat zu dick ist oder das Material das Licht reflektiert, kann der Kern weiterhin kalt bleiben, während die Oberfläche bereits heiß ist.
Man muss also den richtigen Ausgleich zwischen der Intensität der Infrarotstrahlung und der Emissivität des Materials finden. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Außenseite verbrennt, während der Kern weiterhin kalt bleibt.