افزایش گرما در فرآیند ساخت نانولولههای کربنی
اگر شما نانولولههای کربنی را روی ویفرهای سیلیکونی تولید میکنید، میدانید که چقدر کار دشواری است. برای این کار، به مقدار زیادی انرژی حرارتی نیاز دارید؛ همچنین، این انرژی باید دقیقاً در جای مناسب تخصیص داده شود. مشکل اینجاست که انرژی تمایل دارد از آنجا خارج شود.
به همین دلیل، ما از استفاده از بازتابندههای معمولی صرفنظر کردیم و به استفاده از لایههای طلا روی سطح ویفر روی آوردیم. در چنین سیستمی، هر وات انرژی بسیار ارزشمند است.
چرا طلا؟
بیشتر مردم از آلومینیوم برای این کار استفاده میکنند؛ زیرا ارزان است. اما آلومینیوم، تشدیدکننده تابش مادون قرمز است؛ یعنی مقدار زیادی از گرمایی که سعی داریم استفاده کنیم، توسط آلومینیوم جذب میشود.
اما طلا متفاوت است؛ طلا در بازتاب تابش مادون قرمز بسیار موثر است. با استفاده از لایههای طلا با خلوص بالا، میتوانیم مقدار بیشتری گرما را روی سطح ویفر تخصیص دهیم. این یک تغییر ساده است، اما به این معناست که میتوانیم دمای لازم برای سنتز نانولولههای کربنی را سریعتر به دست آوریم. علاوه بر این، هزینه برق نیز کمتر خواهد بود؛ زیرا دیگر نیازی نیست انرژی را صرف گرم کردن دیوارههای دستگاه کنیم.
مقابله با «نقاط سرد»
مشکل واقعی این نیست که چگونه گرما را به سمت ویفر بفرستیم، بلکه این است که چگونه اطمینان حاصل کنیم که گرما به طور یکنواخت توزیع شود.
اگر منحنی بازتابنده حتی چند میلیمتر از محل مناسب منحرف شود، مشکلاتی پیش خواهد آمد؛ در این صورت، نقاط سردی روی ویفر ایجاد خواهد شد، و این باعث میشود رشد نانولولههای کربنی ناهموار باشد.
میتوانید این موضوع را مانند ایجاد یک حفره حرارتی در نظر بگیرید؛ لایه طلا، فوتونها را در بر میگیرد و آنها را بین هیتر و سطح ویفر بازتاب میدهد، تا در نهایت کل سیستم به حداکثر دما برسد.
تعادل بین مزایا و معایب
مشکل اینجاست که وقتی گرما را به این شکل تمرکز میکنیم، اوضاع پیچیده میشود.
این روش برای ویفر بسیار مؤثر است، اما فشار زیادی بر سیستم خنککننده وارد میکند. اگر میزان انرژی را افزایش دهیم، بدون اینکه سیستم خنککننده را تقویت کنیم، مشکلاتی پیش خواهد آمد. ممکن است ظرف بازتابنده دچار تغییر شکل شود، یا سوکتهای لامپ خراب شوند. بنابراین، باید مطمئن شویم که سیستم خنککننده قادر به تحمل گرمایی باشد که به ویفر نمیرسد.
ما این لایهها را به گونهای طراحی کردهایم که به راحتی در محفظههای CVD موجود قرار بگیرند؛ فقط باید مطمئن شوید که محل قرارگیری آنها دقیقاً صحیح باشد. اگر تمرکز گرما در مرکز ویفر نباشد، در واقع فقط هوا را گرم میکنیم.