Maximale Nutzung der Wärme bei der Herstellung von Carbonnanoröhren
Bei der Herstellung von Carbonnanoröhren ist die Temperatur von entscheidender Bedeutung. Das Problem ist jedoch: Wenn man einfach nur eine Waferplatte erhitzt und dabei Energie an die Wände des Behälters verliert, verschwendet man im Grunde Geld.
Deshalb verwenden wir goldbeschichtete Reflektoren. Wir wollen, dass jede einzelne Infrarotenergie auf dem Substrat ankommt – und nicht an den Wänden.
Warum Gold?
Man sieht oft Anordnungen, bei denen poliertes Aluminium verwendet wird. Das ist zwar üblich, doch dieses Material absorbiert viel zu viel Energie. Gold hingegen ist anders: Es geht hier nicht darum, die Maschine optisch attraktiver zu gestalten, sondern vielmehr um die Physik der Reflexion. Eine goldene Oberfläche reflektiert die Strahlungsenergie direkt zurück auf die Waferplatte. Dadurch entsteht eine viel höhere Wärmestärke am Zielort – ohne dass man die Leistung am Stromkreis erhöhen muss. Es ist also effizienter.
Umgegangen werden mit kalten Stellen
Es geht nicht nur um das Material, sondern auch um die Form der Reflektoren. Wir biegen diese Reflektoren so, dass die Energie konzentriert wird. Wenn die Verteilung der Energie ungleichmäßig ist, entstehen kalte Stellen. Kalte Stellen bedeuten wiederum eine ungleichmäßige Wachstum von Carbonnanoröhren. Auf der Waferplatte werden dann Bereiche mit hoher Dichte an Nanoröhren sowie Bereiche mit fast keiner Nanoröhrendichte zu sehen sein. Das ist natürlich nicht ideal.
Es gibt allerdings einen Haken: Gold ist teuer, und die Beschichtung ist äußerst dünn. Man muss vorsichtig sein – wenn man mit einer abrasiven Bürste arbeitet, kann die Oberfläche beschädigt werden. Sobald die Oberfläche beschädigt ist, wird die Energie in alle Richtungen gestreut – und die Effizienz sinkt. Man sollte also vorsichtig vorgehen.
Alles zusammenfassen
Wenn man die Anlage einrichtet, sollte man an die „effektive“ Leistung denken. Da die Strahlung so stark konzentriert wird, kann eine 1kW-Leistung im Grunde wie eine 1,5kW-Leistung wirken. Das ist eine enorme Erhöhung der Effizienz. Man sollte jedoch darauf achten, die PID-Controller entsprechend anzupassen. Wenn man diese zusätzliche Effizienz nicht berücksichtigt, könnte die Zieltemperatur überschritten werden – und das Substrat könnte beschädigt werden.