Warum wir bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren auf Infrarotheizung umsteigen
Wenn Sie schon einmal damit zu tun hatten, Kohlenstoffnanoröhren herzustellen, wissen Sie, wie schwierig das ist. Man muss die Temperatur genau kontrollieren, damit der Katalysator richtig funktioniert und das Kohlenstoffmaterial ordnungsgemäß abgeschieden werden kann.
Die meisten herkömmlichen Methoden nutzen heiße Luft zur Erwärmung. Das ist ein langsamer Prozess: Zuerst wird die Luft erhitzt, anschließend erwärmen die warmen Luftströmungen die Wände des Substrats. Erst nach längerer Zeit wird das Substrat endlich warm. Es handelt sich dabei um einen indirekten Weg, der viel Zeit kostet.
Das Warten ist einfach nervig.
Luft ist nicht geeignet, um Wärme effektiv zu übertragen. Man verbringt Stunden damit, die Temperatur langsam anzuheben – und noch längere Zeit darauf, dass alles stabilisiert ist. Im Labor nennen wir das „Zeitverschwendung“. Tatsächlich handelt es sich dabei um verschwendete Energie sowie um ein Hindernis in der Produktion.
Die Infrarotheizung ändert das Bild. Anstelle von Luft werden elektromagnetische Wellen verwendet, um Energie direkt in das Material zu leiten. Dadurch entfällt der indirekte Weg. Die gewünschte Temperatur kann in Sekunden erreicht werden. Für alle, die mit Halbleitern arbeiten, ist das ein großer Vorteil. Die Zeiten für das Erhitzen und Abkühlen verkürzen sich, sodass man mehr Chargen pro Schicht herstellen kann.
Aber man kann nicht einfach eine Lampe austauschen und schon ist alles in Ordnung. Man muss sorgfältig mit den Heizelementen umgehen. Alles hängt davon ab, was das Substrat tatsächlich aufnimmt. Kurzwelliges Infrarot dringt tief in das Material ein, während mittelwelliges Infrarot besser geeignet ist, wenn man nur die Oberfläche aktivieren möchte.
Wir bevorzugen in der Regel Hochdichte-Heizelemente. Warum? Weil, wenn die Wärmeverteilung ungleichmäßig ist, die Herstellung der Kohlenstoffnanoröhren chaotisch wird. Man muss den richtigen Abstand zwischen den Heizelementen finden – sonst entstehen Hotspots.
Es gibt jedoch einen Haken.
Infrarotheizung ist zwar schnell, aber auch aggressiv. Da die Wärme sehr intensiv und schnell einwirkt, besteht die Gefahr von thermischen Schocks. Man braucht daher einen Substrathalter, der mit der Ausdehnung des Materials bei hoher Temperatur umgehen kann.
Und noch ein Hinweis: Achten Sie auf Ihr Chassis. Wenn das Kühlsystem nicht ausreicht, kann die Strahlung Ihre Elektronik zerstören.
Man tauscht also die langsame, „gemütliche“ Heizung durch schnelle Infrarotheizung aus. Das ist zwar etwas riskanter, aber der Nutzen in Bezug auf die Produktivität lohnt die zusätzliche Vorsicht meistens.