Por que mudamos para aquecimento por infravermelhos na fabricação de nanotubos de carbono
A fabricação de nanotubos de carbono depende muito do calor. Para que a deposição química em fase gasosa (CVD) funcione corretamente, são necessários gradientes térmicos precisos.
Por muito tempo, todos utilizaram fornos resistentivos. Mas o problema é que esses fornos aquecem tudo ao redor: a câmara, o ar, as paredes… Tudo fica quente. Isso é um desperdício.
Começamos a usar lâmpadas de aquecimento por infravermelhos em vez disso. Por quê? Porque o infravermelho não afeta o ar; ele direciona a energia diretamente para o substrato. É uma solução mais eficiente e eficaz.
Direcionar o calor onde realmente é necessário
Em uma sala limpa, não queremos que toda a máquina fique superaquecida. O que queremos é que a peça a ser processada atinja a temperatura ideal e permaneça nela.
As lâmpadas de infravermelhos nos permitem obter uma grande densidade de calor. Ao ajustar o comprimento de onda, podemos focar a energia nas partes específicas do substrato que realmente absorvem essa energia.
Isso significa que não precisamos esperar que a câmara se aqueça completamente. Gastamos menos tempo parados e mais tempo processando o material. Além disso, como não precisamos de horas para aquecer e esfriar a câmara, a conta de eletricidade por wafer diminui.
Detalhes técnicos
Construímos esses sistemas usando filamentos de tungstênio e invólucros de quartzo de alta pureza. Para a fabricação de nanotubos de carbono, geralmente usamos infravermelho de onda curta. Esse tipo de radiação penetra mais profundamente na camada catalítica, onde acontece a reação química.
Conectamos essas lâmpadas a controladores PID de precisão, para que a temperatura não exceda os limites desejados. Pode parecer tentador aumentar a potência para acelerar o processo, mas tenha cuidado. Se for demais, os filamentos podem queimar ou o quartzo pode se rachar devido ao estresse térmico.
É preciso encontrar um equilíbrio entre a densidade de energia e a capacidade da câmara de vácuo de lidar com o resfriamento.
Uma pegada ecológica menor
Todos falam sobre “fábricas verdes”, mas para nós, não se trata apenas de um termo. Trata-se da real impacto ambiental do processo produtivo.
Quando deixamos de depender da convecção e passamos a usar radiação infravermelha direcionada, os sistemas de ar condicionado e refrigeração da fábrica precisam trabalhar menos. É uma maneira simples de reduzir a pegada de carbono na produção de semicondutores.
Assim, você consegue obter os wafers mais rapidamente e economizar energia. Uma dica: certifique-se de que o fornecedor de energia consiga suportar o aumento de carga inicial quando as lâmpadas são ligadas. É um pequeno desafio, mas importante.