Perché abbiamo optato per il riscaldamento a raggi infrarossi per la produzione di nanotubi di carbonio
La produzione di nanotubi di carbonio dipende molto dal calore. In particolare, sono necessari dei gradienti termici precisi affinché possa avvenire il processo di deposizione chimica a vapore (CVD).
Per molto tempo si è utilizzati soltanto forni resistivi. Ma c’è un problema: questi forni riscaldano tutto intorno, sia la camera di lavoro che l’aria e le pareti. È uno spreco di energia.
Abbiamo quindi iniziato ad utilizzare lampade a raggi infrarossi al loro posto. Perché? Perché i raggi infrarossi non influenzano l’aria; trasmettono l’energia direttamente sul substrato. È un metodo più efficiente e rapido.
Riscaldare solo dove è davvero necessario
In una sala pulita non vogliamo che tutta la macchina venga riscaldata. Vogliamo soltanto che il pezzo da lavorare raggiunga la temperatura desiderata e vi rimanga.
Le lampade a raggi infrarossi permettono di ottenere una grande densità di calore. Regolando la lunghezza d’onda, possiamo concentrare l’energia sui punti specifici del substrato che assorbono l’energia stessa.
Questo significa che non dobbiamo aspettare che la camera si riscaldi completamente. Trascorriamo meno tempo in attesa e più tempo effettivamente a lavorare. Inoltre, poiché non dobbiamo impiegare un’ora per far salire o scendere la temperatura, il costo energetico per ogni wafer diminuisce.
I dettagli tecnici
Per realizzare questi sistemi utilizziamo filamenti di tungsteno e gusci in quarzo ad alta purezza. Per la produzione di nanotubi di carbonio, utilizziamo generalmente raggi infrarossi a breve lunghezza d’onda. Questi raggi penetrano più profondamente nella layer catalitica, dove avviene il processo di formazione dei nanotubi.
Collegiamo queste lampade a controller PID per garantire che la temperatura non superi i limiti consentiti. Potresti essere tentato di aumentare la potenza per accelerare i tempi di lavoro, ma fai attenzione: se lo fai, potresti danneggiare i filamenti o rompere il quarzo a causa dello stress termico.
È necessario trovare un equilibrio tra la densità di potenza e la capacità della camera di lavoro di gestire il raffreddamento.
Un impatto ambientale minore
Tutti parlano di “fabbriche verdi”, ma per noi non si tratta di una semplice espressione vuota. Si tratta invece dell’impatto reale del processo di produzione sull’ambiente.
Quando smettiamo di affidarci alla convezione termica e passiamo all’uso di radiazioni infrarosse mirate, i sistemi di climatizzazione e raffreddamento non devono lavorare tanto. È un modo semplice per ridurre l’impatto ambientale legato alla produzione di semiconduttori.
I wafer vengono prodotti più velocemente e si risparmia energia. Un consiglio: assicurati che la fonte di alimentazione possa gestire il picco di carico quando le lampade vengono accese.