Warum wir auf Infrarot statt heißer Luft bei der Herstellung von Biosensoren setzen
Bei der Herstellung von Biosensoren müssen organische Schichten verwendet werden – und diese sind äußerst empfindlich. Sie müssen genau richtig getrocknet und ausgehärtet werden. Über Jahre hinweg war die gängige Methode, sie mit heißer Luft zu behandeln.
Aber ehrlich gesagt: Das ist ein großer Engpass.
Man muss sich vorstellen, wie die erzwungene Konvektion funktioniert: Man heizt die Luft auf, und anschließend heizt diese Luft wiederum das Substrat. Es handelt sich dabei um einen indirekten Prozess – langsam. Es ist im Grunde genommen so, als würde man versuchen, einen Raum zu erwärmen, indem man erst den Flur erhitzt.
Infrarotlampen ändern das Bild. Sie überspringen den Zwischenhändler – die Energie gelangt direkt von der Lampe in das Material. Es gibt keinen Aufwand mehr, darauf zu warten, dass die Luft warm wird.
Die Frustration durch das Warten
Wer bereits mit Systemen zur Verwendung von heißer Luft gearbeitet hat, kennt dieses Gefühl der Frustration. Man muss warten, bis sich der ganze Raum aufgeheizt hat, bevor das Substrat überhaupt nahe an die gewünschte Temperatur kommt. Bei der Herstellung von Halbleitern führt dieser Zeitverlust schnell zu Problemen. Das ist wirklich frustrierend.
Infrarotlampen erreichen ihre volle Leistung bereits in Millisekunden. Wir haben festgestellt, dass die Aufwärmzeiten um 70 bis 90 Prozent reduziert werden können. Das bedeutet, dass man viel mehr Produkte bearbeiten kann, ohne eine größere Maschine kaufen oder mehr Platz benötigen zu müssen.
Die richtige Lösung für die Produktion
Für die Herstellung von Biosensoren verwenden wir Kurzwellen-Infrarotemitter. Sie fokussieren die Energie auf einen schmalen Bereich, sodass sie tatsächlich in die dünnen Schichten eindringen kann. So wird genau dort Wärme erzeugt, wo die chemische Reaktion stattfinden soll.
Um Kontaminationen zu vermeiden, verwenden wir Quarzkörper um die Lampen herum. So bleibt alles sauber.
Eine wichtige Hinweis: Wenn man große Mengen produzieren will, reicht es nicht aus, einfach den Schalter umzulegen. Infrarot ist zwar schnell – aber vielleicht sogar zu schnell. Man braucht daher einen guten PID-Controller, um die Temperatur genau zu steuern. Ohne diese Regelung könnte die Temperatur zu hoch werden und dadurch die bioaktiven Schichten beschädigt werden. Das ist ein Fehler, den man nur einmal machen darf.
Die Kompromisse
Infrarot ist zwar keine „Zauberwaffe“, doch es ist gerichtet. Heiße Luft hingegen erreicht alle Bereiche, unabhängig von deren Form. Infrarot hingegen funktioniert eher wie eine Taschenlampe – es beleuchtet nur das, was direkt vor der Lampe liegt. Deshalb muss man auf sogenannte „Kaltstellen“ achten.
Man muss möglicherweise die Lampen in einer bestimmten Anordnung platzieren oder Reflektoren verwenden, damit das gesamte Substrat gleichmäßig beleuchtet wird. Falls das Substrat tiefe Vertiefungen oder Einschnitte hat, wird das Infrarot nicht bis dorthin gelangen. In solchen Fällen ist eine hybride Lösung besser – sonst entstehen Defekte.