Die Wärme an die richtige Stelle leiten: Herstellung von Carbon-Nanoröhren
Wenn Sie schon einmal mit Carbon-Nanoröhren gearbeitet haben, wissen Sie, wie schwierig es ist, die richtigen Wärmezonen zu erzeugen. Die meisten Menschen verwenden dabei herkömmliche Konvektionsheizungen oder allseitige Heizmethoden – doch das hat einen großen Nachteil: Dadurch wird die gesamte Vakuumkammer erhitzt. Das ist schade – außerdem wird der Gehäusebereich der Maschine extrem heiß, was eine Gefahr für die Sicherheit darstellt. Zudem muss man viel Geld in leistungsstarke Kühlsysteme investieren, um zu verhindern, dass die Maschine überhitzt.
Der Trick liegt darin, Kurzwellen-Infrarotlampen zu verwenden.
Man kann sich das so vorstellen: Resistive Heizungen versuchen, die Luft zu erhitzen. Doch Infrarotstrahlung bewegt sich in geraden Linien. Durch den Einsatz reflektierender Optiken sowie eine richtige Anordnung der Lampen kann man die Energie genau dorthin lenken, wo sie benötigt wird. Die Wärme trifft dabei auf den Katalysator und die Carbonquelle. Die Wände der Maschine bleiben unberührt.
Aber Achtung: Hochleistungs-IR-Lampen erzeugen eine sehr hohe Wärmestärke. Wenn man diese Lampen nicht richtig abdeckt oder nicht präzise ausrichtet, prallt die Strahlung einfach vom Substrat ab und belastet dadurch das Gehäuse der Maschine. Wir lösen dieses Problem mit Richtöffnungen. Das ist eine einfache Lösung, die jedoch große Auswirkungen hat. Man kann sogar die Außenseite der Maschine berühren, ohne sich zu verbrennen – selbst dann, wenn die Herstellungszone extrem heiß ist.
Aber es gibt auch Nachteile:
Durch die starke Konzentration der Energie entsteht ein starker Temperaturgradient. Das bedeutet, dass die Positionierung der Lampen absolut präzise sein muss. Wenn das Substrat auch nur minimal vom Fokuspunkt abweicht, führt das zu ungleichmäßiger Wärmezufuhr auf dem Wafer. Man darf bei der Platzierung der Mechanikanlagen keine Fehler machen. Eine kleine Verschiebung auf der Z-Achse ändert bereits den Wärmefluss – und das kann dazu führen, dass ganze Chargen ruiniert werden.
Außerdem muss man auf die Lampen selbst achten. Bei hoher Leistungsdichte verdampfen die Filamente im Laufe der Zeit. Man sollte nicht einfach improvisieren – man muss sich an ein striktes Austauschprogramm halten. Es gibt nichts Schlimmeres, als plötzlich einen Leistungsabfall mitten in einer langen Herstellungsphase zu erleben.