適切な場所に熱を与える：CNTの製造方法
もし炭素ナノチューブを扱ったことがある人なら、適切な温度管理がいかに難しいかを理解しているでしょう。多くの人々は、通常の対流式や全方位加熱方式を使いますが、これには大きな問題があります。つまり、真空チャンバ全体が過度に加熱されてしまうのです。
これは無駄なエネルギーの消費です。装置の外殻が極端に高温になり、安全性の面で問題が生じます。また、装置が過熱しないようにするために、巨大な冷却システムを導入する必要があり、莫大なコストがかかります。
解決策は、短波長の赤外線ランプを使用することです。
抵抗加熱器は空気を温めようとしますが、赤外線は一直線に進みます。反射光学系を利用してランプの角度を正確に調整すれば、エネルギーを必要な場所に正確に送ることができます。そうすれば、熱は触媒や炭素源に直接当たります。装置の壁面は無関係です。
しかし、高出力の赤外線ランプを使用すると、熱密度が非常に高くなります。もしランプを適切に保護しなければ、放射線が基板から跳ね返って装置の本体を傷めてしまいます。これは、方向性を持った開口部を使うことで解決できます。これは簡単な対策ですが、大きな効果があります。製造エリアが非常に高温であっても、装置の外側に触れても火傷することはありません。
ただし、全てが順調というわけではありません。
エネルギーを集中させると、急激な温度勾配が生じます。そのため、位置合わせを正確に行う必要があります。もし基板が焦点から少しでもずれてしまうと、ウェハ上に均一でない成長が起こってしまいます。
機械的な固定具の設定も重要です。Z軸のわずかなずれでも熱流束が変わり、それによって一連の製造工程が台無しになってしまいます。
さらに、ランプ自体も注意深く管理する必要があります。高出力で使用し続けると、フィラメントが時間とともに蒸発してしまいます。適切な交換スケジュールを守ることが大事です。長時間の製造途中で突然電力が低下するのは最悪の事態です。