장비를 과도하게 가열하지 마세요: CNT를 성장시키는 더 나은 방법
만약 여러분이 탄소나노튜브(CNT)를 제조하는 작업을 해본 적이 있다면, 열 문제가 얼마나 심각한지 잘 알고 있을 것입니다. 대부분의 히터들은 에너지를 사방으로 방출합니다. 마치 화염방사기로 촛불을 켜려는 것과 같습니다. 필요한 열은 얻을 수 있지만, 결과적으로 기계 전체가 과열됩니다.
이는 매우 혼란스러운 상황입니다. 비싼 반도체 장비들이 결국 엄청난 열원이 되어버리는 것이죠. 이는 에너지 낭비일 뿐만 아니라, 주변에 있는 사람들에게도 위험할 수 있습니다.
그래서 우리는 방향성 적외선 난방 방식을 사용하기로 했습니다.
실제 작동 원리
전체 챔버를 오븐처럼 만드는 대신, 마치 스포트라이트를 사용하는 것과 같습니다. 단파 적외선 램프를 사용함으로써, 공기를 통한 열 전달 방식 대신 복사에 의한 열 전달을 이용합니다. 에너지는 직선으로 전달되어 기판에 도달한 후 그 자리에 머물게 됩니다.
이 방식을 사용하면 CNT 성장에 필요한 빠른 가열 속도를 얻을 수 있으며, 동시에 내부 전자 부품들이 과열되는 것을 방지할 수 있습니다.
실용적인 측면
우리는 이 램프들을 특정한 온도 구역에 집중시키도록 설정합니다. 방출 각도를 조절함으로써 열이 정확히 필요한 곳에 집중됩니다.
가장 좋은 점은, 장비의 외부 케이스가 시원하다는 것입니다. 기계가 과열되는 것을 막기 위해 복잡한 냉각 시스템이나 크고 시끄러운 배기 팬을 설치할 필요가 없습니다. 그냥 깨끗하게 관리됩니다.
단점 (항상 있기 마련이죠)
물론 이 방식도 완벽한 해결책은 아닙니다. 고강도 램프는 전력 공급에 상당한 부담을 줍니다. 또한, 램프의 위치를 매우 정확하게 조절해야 합니다. 만약 램프가 몇 밀리미터만 어긋나도 CNT 필름의 성장에 불균형이 생깁니다. 실망스러운 일이지만, 이런 일이 발생할 수 있습니다.
따라서 램프를 고정하는 부품들은 매우 견고해야 합니다. 램프가 조금이라도 움직이면 기판에 한点에서만 열이 가해져서 모든 것을 다시 처음부터 시작해야 합니다.
상황을 통제하기 위해, 우리는 히터와 함께 폐루프 PID 컨트롤러를 사용하는 것을 권장합니다. 이를 통해 초기 가열 과정에서 열이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있습니다.