Warum wir auf Infrarotheizung für Kohlenstoffnanoröhren umgestiegen sind
Bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren spielt die Wärme eine entscheidende Rolle. Wenn die Temperatur nicht richtig gesteuert wird, kann der Katalysator nicht aktiviert werden – und die Deposition von Kohlenstoff scheitert. Einfach so.
Lange Zeit wurden traditionelle Widerstandsofen verwendet. Doch diese sind im Grunde genommen riesige Öfen, die enorme Mengen an Energie verbrauchen, um Luft zu erhitzen, die man eigentlich gar nicht benötigt. Wir haben beschlossen, stattdessen Kurzwellen-Infrarotsysteme zu verwenden.
Schnelligkeit ist entscheidend
Die Qualität der hergestellten Nanoröhren hängt davon ab, wie schnell die Temperatur erhöht werden kann. Mit Infrarotlampen wird die Wärme direkt auf das Zielobjekt abgegeben. Wir haben diese Systeme so konfiguriert, dass sie eine hohe Leistungsdichte bieten – dadurch können wir die gewünschten Temperaturen bereits in Sekunden erreichen, nicht erst in Minuten. Dadurch wird der gesamte Prozess schneller abgewickelt, und der Energieverbrauch pro Wafer sinkt.
Die richtige Wellenlänge
Wir nutzen Quarz-Halogentechologie, um die Energie im Kurzwellenspektrum zu halten. Warum? Weil Kurzwellen-Infrarotwellen tatsächlich in den Substrat eindringen können. Langwellenwärme hingegen prallt lediglich ab oder bleibt an der Oberfläche haften. Dadurch kann die Katalysatorschicht ausreichend erhitzt werden, ohne dass der ganze Reaktor zu einem Ofen wird. Manchmal verwenden wir beschichtetes Quarz, um die Strahlung genau einzustellen. Das kostet zwar etwas mehr, doch es lohnt sich wegen der höheren Präzision.
Die praktischen Herausforderungen
Es handelt sich dabei nicht um ein einfaches „Plug-and-Play“-System. Man muss die Abschirmung neu überlegen. Da Infrarotlampen eine sehr intensive, lokalisierte Wärme erzeugen, müssen die Kühlvorrichtungen entsprechend stark sein. Wenn man bei der Kühlung spart, können die Temperaturwerte durcheinandergeraten – und dann beginnen die Probleme.
Aber sobald alles richtig eingestellt ist, lassen sich diese Geräte problemlos in bestehende Produktionslinien integrieren. So wird Zeit verschwendet, die man sonst mit dem Warten auf die Erwärmung des Ofens verbringen müsste.
Es handelt sich dabei einfach um Grundlagen der Physik: Weniger Verschwendung von Energie bedeutet eine sauberere, umweltfreundlichere Fabrik.