Infrarotheizung gegen Heißluft: Schnellere Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren
Wenn Sie mit der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren arbeiten, kennen Sie sicherlich die Herausforderungen dabei. Alles hängt davon ab, dass die Temperatur genau kontrolliert werden kann – damit der Katalysator aktiviert wird und die Nanoröhren wachsen können.
Jahrelang haben wir uns meist auf die Verwendung von Heißluft beschränkt. Das ist zwar die herkömmliche Methode, doch in letzter Zeit werden zunehmend Infrarotheizungen eingesetzt – insbesondere in der tiefen Halbleiterverarbeitung. Warum? Weil das Warten darauf, dass die Heißluft die gewünschte Temperatur erreicht, eine enorme Zeitverschwendung ist.
Das Problem mit Heißluft
Man muss sich vorstellen, wie die Konvektion funktioniert: Zuerst muss die Luft erhitzt werden, anschließend erwärmt die Luft die Wände des Behälters – erst dann erreicht die Wärme das Substrat. Das ist wie versuchen, ein Haus zu heizen, indem man erst den Vorraum erwärmt. Dadurch entsteht eine erhebliche Verzögerung – die Aufheizzeit wird länger, und das Abkühlen dauert ewig.
Infrarotheizung: Direkt und schnell
Mit Infrarotheizung wird die Energie direkt in das Substrat geleitet – ohne Zwischenschritte. Dadurch wird die Temperatur viel schneller erreicht.
Geschwindigkeit und Präzision
Mit Infrarotheizung kann man die Zieltemperatur innerhalb weniger Sekunden erreichen. Das ist entscheidend – es ermöglicht eine präzisere Kontrolle der Temperatur und führt zu einem gleichmäßigeren Temperaturverlauf. Der größte Vorteil ist außerdem die kürzere Aufheizzeit. Da man nicht darauf warten muss, bis das Substrat langsam die gewünschte Temperatur erreicht, kann man pro Stunde viel mehr Wafer verarbeiten.
Die Nachteile
Natürlich gibt es auch Nachteile. Infrarotstrahlung ist gerichtet – wenn das Substrat etwas aus der Mitte verschoben ist, entstehen Hotspots. Diese Hotspots können den Katalysator schädigen oder dazu führen, dass die Nanoröhren ungleichmäßig verteilt sind. Man muss also viel Zeit darauf verwenden, die Geometrie des Reflektors so einzustellen, dass die Wärme gleichmäßig auf das Substrat trifft. Außerdem besteht die Gefahr von thermischen Belastungen für das Substrat. Man kann die Leistung nicht einfach auf 100 % erhöhen – dafür braucht man einen PID-Regler, der mit der Reaktionsgeschwindigkeit der Infrarotlampen Schritt halten kann. Andernfalls wird die gewünschte Temperatur überschritten, was zur Zerstörung der Wafer führen kann.
Zwar benötigt die Infrarotheizung weniger Platz als die alten Luftsysteme – doch man muss deutlich mehr Zeit in die Kalibrierung investieren.