Die Optimierung der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren
Bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren spielt die Temperatur eine entscheidende Rolle. Wenn die Temperatur nicht genau richtig eingestellt wird,aktivieren sich die Katalysatoren nicht – und das ganze Produkt ist dann wertlos. Lange Zeit haben wir auf große Widerstandsofen vertraut, doch mittlerweile haben wir sie durch Kurzwellen-Infrarot-Systeme ersetzt. Das ist eine effizientere Methode – und es wird zudem viel weniger Energie verbraucht.
Warum Infrarot sinnvoll ist
Bei herkömmlichen Öfen wird die Luft erhitzt, die anschließend den zu behandelnden Stoff erwärmt. Das bedeutet viele verschwendete Energiemengen, nur um einen großen Metallkasten zu erwärmen. Bei Infrarot hingegen wird die Strahlung direkt auf die Oberfläche des Substrats gerichtet. Das geht sehr schnell – bereits in Sekundenschnelle können hohe Temperaturen erreicht werden. Dadurch bleibt der Energieverbrauch gering. Zudem entsteht ein viel präziseres Temperaturprofil – der Arbeitsablauf wird somit effizienter.
Achtung: Hoher Energieverbrauch bei schnellen Wachstumszyklen
Da wir nach schnellen Wachstumszyklen streben, kann der Energieverbrauch stark ansteigen. Man sollte daher sicherstellen, dass die Stromquellen diesen Anstieg bewältigen können – sonst kommen die Schalter ständig ins Spiel.
Die verwendeten Komponenten
Wir verwenden dazu Quarz-Halogen-Emitter. Quarz eignet sich hervorragend, denn er verformt sich nicht, wenn es besonders heiß wird. Zudem verhindert der Halogen-Zyklus, dass die Filamente zu schnell abbrennen. Wir verwenden meist R7- oder Sk15-Anschlüsse – sie sind zuverlässig und passen in die meisten Standard-Infrarotgehäuse.
Anpassung der Lichtintensität
Wir können die Emitter außerdem mit einer speziellen Beschichtung versehen, um die Lichtintensität anzupassen. Dadurch kann die Energie gezielt auf die Katalysatorschicht des Substrats gerichtet werden. So wird verhindert, dass die umliegenden Komponenten unnötig viel Wärme aufnehmen.
Realitätscheck
Der Umstieg auf Infrarot ist eine gute Lösung für den Planeten – schließlich werden pro Wafer deutlich weniger kWh verbraucht. Es handelt sich dabei um eine umweltfreundlichere Art, eine Fabrik zu betreiben. Doch es ist nicht perfekt: Infrarotstrahlung benötigt eine klare Sichtlinie. Wenn das Substrat leicht uneben ist oder die Lampe nur wenige Millimeter verschoben ist, entstehen kühle Stellen. Dadurch variiert die Wachstumsrate auf dem Wafer – und das ist ein Problem. Um das zu vermeiden, ist eine stabile Befestigungsmethode notwendig.