真空チャンバーの壁面を加熱するのをやめましょう。
もしカーボンナノチューブの製造に携わったことがあるなら、温度管理の難しさをご存知でしょう。私たちの多くは、通常の抵抗式ヒーターを使っていますが、これには大きな問題があります。それは、ヒーターが「すべての部分」を加熱してしまうということです。その結果、真空チャンバーはまるで巨大なオーブンのようになってしまいます。内壁が非常に高温になり、人が触れると火傷したり、機器が損傷したりする可能性があります。これは本当に厄介で、正直、危険でもあります。
解決策は思ったよりも簡単です。つまり、全方位に熱を放出するのをやめるのです。
エネルギーをあらゆる方向に逃がす代わりに、方向性のある赤外線ランプを使用します。これは、部屋全体を照らす電球から、特定の場所だけを照らすタイプの懐中電灯に切り替えるようなものです。反射板や幾何学的な工夫を利用して、熱を必要な場所、つまりカーボンナノチューブが成長する場所に集中させます。
その結果、基板は必要な高温を得られますが、チャンバーの壁面は冷却されたままです。実際に触ってみても問題ありません。
実際の仕組み
このシステムは、必要な熱流量に応じて設定されます。高出力の石英ランプを使用するのは、急速に温度を上昇させることができるからです。短時間での製造が求められる場合、チャンバーが十分に温まるのを待っている余裕はありません。また、これらのランプはSCRを通じて既存のPLCコントローラーに接続されるので、制御システムを一から作り直す必要もありません。
しかし、注意点もあります。方向性のある加熱では、非常に急な温度勾配が生じます。正確には、やや過度に正確すぎるのです。もしランプの位置が数ミリメートルずれていたり、基板が少し大きすぎたりすると、ウェーハ上の成長が不均一になってしまいます。最初の設定時には、距離や角度を慎重に調整する必要があります。一度正しく設定すれば、問題ありません。
より安全な作業環境
壁面に生じる余分な熱を排除することは、単に電気代を節約するだけではありません。火傷を防ぐためでもあります。壁面が余分な放射能を吸収しなくなれば、メンテナンスもずっと楽になります。サンプルを取り出したり、ハードウェアを調整したりする際に、火傷の心配をする必要がありません。これにより、作業環境がより安全で快適になります。