Hören Sie auf, Ihre Maschine zu erhitzen – heizen Sie stattdessen das Substrat direkt.
Wenn Sie bereits mit Kohlenstoffnanoröhren gearbeitet haben, kennen Sie sicherlich die Probleme, die durch die Hitze entstehen. Die meisten Menschen bringen einfach alles in einen herkömmlichen Ofen – doch das ist im Grunde genommen so, als würde man versuchen, eine einzelne Pizzen Scheibe zu erwärmen, indem man die ganze Küche erhitzt. Das ist eine Verschwendung von Energie. Schlimmer noch: Dadurch wird der Innenraum der Halbleiterteile zu einer Art „Ofen“. Niemand möchte in einer Maschine arbeiten, deren Wände so heiß sind, dass man sich daran verbrennt – nur weil das Substrat eine bestimmte Temperatur erreichen muss.
Deshalb haben wir auf direktes Infrarot-Heizen umgestellt.
Wie es funktioniert: Stellen Sie sich dazu eine Taschenlampe vor – anstelle eines Raumheizers. Während Konvektion die heiße Luft überallhin treibt, senden Infrarotlampen elektromagnetische Strahlung in gerader Linie aus. Wir lenken diese Energie direkt auf die Zone, in der die Kohlenstoffnanoröhren wachsen. Die Hitze trifft dort auf ihr Ziel und bleibt dort. Da die Wände der Anlage nicht im „Sichtfeld“ der Lampe liegen, bleiben sie kühl. So erhalten Sie die nötige Hitze für den chemischen Vapordepositionsvorgang – ohne dass Ihr gesamtes Labor in eine Sauna verwandelt wird.
Das Schwierige: Die Energie ausbalancieren
Bei hohen Leistungen wird es schwierig. Man bringt nämlich viel Energie in einen kleinen Raum. Deshalb verwenden wir Kurzwellensender – sie dringen schnell ins Substrat ein und verhindern so, dass die Hitze in den Rahmen der Maschine eindringt. Es geht dabei um die richtige Geometrie – man muss den genauen Fokuspunkt berechnen, damit die Hitze genau dorthin gelangt, wo sie hin soll.
Aber man kann die Leistung nicht einfach auf maximale Werte steigern. Wenn man zu viele Watt in einen kleinen Raum leitet, kann das dazu führen, dass der Substrathalter beschädigt wird oder die Lampe kaputtgeht. Man muss sicherstellen, dass die Kühlsysteme mit der Strahlungslast fertigwerden können – sonst wandert die Hitze an Orte, an denen sie nicht hingehört.
Warum das die Arbeit erleichtert
Der größte Vorteil: Der Arbeitsbereich wird kein Risiko mehr. Wenn die Wände keine Hitze abgeben, können die Mitarbeiter problemlos dort arbeiten, um Wafers einzulegen oder Wartungsarbeiten durchzuführen – ohne sich mit der Umgebungstemperatur auseinandersetzen zu müssen. Das macht die Arbeit viel einfacher. Zudem ermöglicht dieses Verfahren eine bessere Kontrolle über die Temperatur des Substrats – ohne sich um die Eigenschaften der Kammerwände kümmern zu müssen. Das ist der Schlüssel dazu, eine konstante Qualität bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren zu gewährleisten.