高負荷下でのカーボンナノチューブ製造時におけるクォーツ管の破損を防ぐ方法
カーボンナノチューブを扱う際には、温度制御が非常に重要です。しかし問題は、ヒーターを限界まで使った場合、単にフィラメントが壊れるだけではなく、ランプ自体が爆発する危険もあるということです。
ウェハー製造においてこれは大きな問題です。1本のクォーツ管が破損すると、ガラスの破片やほこりがウェハー全体に散乱してしまいます。これにより、そのロット全体が台無しになり、数秒で生産効率が失われてしまいます。
この問題への対処法
私たちは、さらに第二の防御策を講じています。単にクォーツ管自体に頼るのではなく、専用のケースでそれを包み込んでいます。これはまるでセーフティネットのようなものです。もし内部のランプが爆発しても、そのケースが破片を受け止めてくれます。そうすればウェハーにガラス片が付着することはありません。さらに、高純度の融合石英を使用しているため、急激な温度変化にも耐えられます。
熱と圧力
高出力のIRランプは莫大な量の熱を放出します。もし電力が急上昇したり、冷却空気が一瞬でも途切れたりすると、クォーツ管が割れてしまいます。これを防ぐために、強化されたエンドキャップやコネクタを使用しています。これにより、真空状態でも高圧ガス状態でも、密閉が保たれます。
ちなみに、電圧の上昇速度にも注意が必要です。電圧を急激に上げると、局所的な高温部分が発生します。今日は管が壊れないかもしれませんが、時間が経つにつれて管の壁が弱くなっていきます。これはまさに時限爆弾です。
トレードオフ
何事にも完璧な方法はありません。保護ケースを追加することで、熱源とウェハーの間に何かが入ることになります。その結果、加熱効率が約5～8％低下することになります。
でも正直、その代償は払う価値があります。ランプが破損して全ての生産が台無しになるのと比べれば、数ワットの損失など大したことありません。PIDコントローラーを正しく調整して、温度が過剰に上がらないようにしましょう。そうしないと、どんなに防御策を講じてもランプは破損してしまいます。