Warum wir auf Infrarotheizung für die Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren umgestiegen sind
Wenn Sie bereits Erfahrung im Umgang mit Halbleiterverarbeitungsanlagen haben, kennen Sie sicherlich das Problem der Wärmezirkulation mit heißer Luft. Man schaltet die Maschine ein, wartet – und wartet weiter. Im Grunde genommen wird dadurch der ganze Raum erhitzt, nur damit das Substrat auf die richtige Temperatur kommt. Das ist langsam, unpraktisch – und ehrlich gesagt eine Zeitverschwendung.
Deshalb sind wir auf Infrarotheizung umgestiegen. Anstelle davon, dass die Luft die Wärme überträgt, strahlt die Infrarot-Heizung die Energie direkt auf das Substrat ab. Das ist wie der Unterschied zwischen dem Warten darauf, dass ein ganzer Raum durch einen Ofen aufgewärmt wird, und dem Betreten eines Bereichs, in dem Sonnenlicht vorhanden ist.
Das Warten ist vorbei
Das größte Problem bei der Verwendung von heißer Luft ist die Zeitverzögerung. Man verbringt Minuten – manchmal sogar Stunden – damit, die gewünschte Temperatur zu erreichen. Mit Infrarotheizung ist das in Sekunden erledigt.
Bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren ist die Zeit entscheidend. Es gibt nur einen sehr engen Temperaturbereich, innerhalb dessen eine hochwertige Herstellung möglich ist. Indem wir die „Aufwärmphase“ weglassen, können wir ganze Prozessschritte einsparen. Wir heizen nicht mehr den gesamten Apparat, sondern nur das eigentliche Werkstück. Das bedeutet eine enorme Erleichterung für den Arbeitsprozess.
Wie wir die Heizung einrichten
Je nach Dicke des Substrats verwenden wir entweder Kurzwellen- oder Mittelwellen-Infrarotstrahler. Diese Lampen sind zwar klein, doch sie liefern eine starke Heizleistung.
Das Beste daran: Wir können sie so einstellen, dass die Heizung gezielt eingesetzt werden kann. Wenn Sie schon einmal mit diesen lästigen Kältestellen auf dem Wafer zu kämpfen hatten, die durch die Zirkulationslüftung nicht erreicht werden konnten, dann ist das die Lösung. Man kann die Wärme einfach dorthin lenken, wo sie benötigt wird. Das Material absorbiert diese Energie, beginnt zu vibrieren – und die Nanoröhren entstehen viel schneller.
Die Probleme
Auch die Infrarotheizung hat ihre eigenen Probleme. Die Lampen werden extrem heiß. Wenn das Gehäuse der Maschine nicht dafür geeignet ist, kann das dazu führen, dass das Gehäuse verformt wird oder die Sensoren beschädigt werden. Wir mussten daher eine geeignete Kühlvorrichtung hinzufügen, damit der Rest der Anlage nicht beschädigt wird.
Außerdem kann man nicht einfach die alten Einstellungen weiterhin verwenden. Da die Wärme so schnell einwirkt, führt die alte PID-Logik dazu, dass die Temperatur weit über das Ziel hinaus steigt. Man braucht daher einen viel schnelleren Controller, um die Temperatur unter Kontrolle zu halten – sonst wird die Temperatur jedes Mal zu hoch.