Melhorando a maneira como fabricamos nanotubos de carbono
A fabricação de nanotubos de carbono depende muito do controle da temperatura. Se a temperatura não for correta, os catalisadores não serão ativados, e todo o lote se tornará inútil. Por muito tempo, dependemos desses fornos resistentes, mas agora os substituímos por sistemas de radiação infravermelha de onda curta. É uma maneira mais eficiente de trabalhar, e reduz significativamente a energia consumida.
Por que a radiação infravermelha é a solução ideal
Os fornos tradicionais aquecem o ar, que por sua vez aquece a peça a ser processada. Isso significa muita energia desperdiçada apenas para aquecer uma caixa metálica grande. A radiação infravermelha funciona de forma diferente: ela utiliza radiação para aquecer diretamente o substrato.
É rápido. Muito rápido. Podemos alcançar temperaturas elevadas em segundos, o que significa que o sistema não fica parado, consumindo energia à toa. Além disso, o controle térmico é muito melhor, e o processo de produção fica muito mais eficiente.
Mas há um detalhe importante: como buscamos ciclos de crescimento rápidos, a demanda por energia pode aumentar drasticamente. É preciso garantir que as unidades de energia consigam lidar com esse aumento, caso contrário, os disjuntores vão disparar o tempo todo.
Os componentes utilizados
Usamos emissores de quartzo-halogênio para isso. O quartzo é ótimo porque não se deforma mesmo quando as temperaturas sobem muito. Além disso, o ciclo de halogênio evita que os filamentos queimem rapidamente. Geralmente, usamos conectores R7 ou Sk15 – eles são seguros e se encaixam perfeitamente na maioria dos invólucros de radiação infravermelha padrão.
Podemos até revestir os emissores para ajustar a intensidade da luz. Com um revestimento seletivo, podemos direcionar a energia exatamente para a camada catalítica do wafer. Isso evita que os componentes circundantes absorvam calor desnecessário.
A realidade
A mudança para a radiação infravermelha é benéfica para o planeta, pois permite o uso de muito menos energia por wafer. É uma maneira muito mais eficiente de operar uma fábrica.
Mas não é perfeito. A radiação infravermelha só funciona se houver visibilidade direta entre a lâmpada e o substrato. Se o substrato estiver ligeiramente irregular ou a lâmpada estiver desalinhada em alguns milímetros, haverá áreas frias. Isso faz com que a taxa de crescimento varie ao longo do wafer, criando problemas. Para evitar isso, é necessário usar um suporte firme para manter tudo no lugar certo.