Kohlenstoffnanoröhren gehen in Serie
Kohlenstoffnanoröhren haben dank ihrer einzigartigen mechanischen, thermischen und die Oberfläche betreffenden Eigenschaften ein fantastisches Potenzial für den Einsatz in revolutionär anmutenden Produkten, bei denen Mikrowellen und Röntgenstrahlen zum Einsatz kommen. Aufgrund bisher mangelnder praktikabler Technologien für die Massenproduktion haben sie jedoch noch keinen Eingang in die konventionellen Produktionsketten gefunden. Das EU-finanzierte TECHNOTUBES-Projekt ("Technology for wafer-scale carbon nanotube applications") sollte nun dieses Problem beheben. Die Forscher entwickelten Anlagen zur großangelegten Fertigung von Kohlenstoffnanoröhren im Wafermaßstab und suchen nach speziellen Anwendungsbereichen für diese. Zum Beispiel können Feldemissionselektronenkathoden mit hoher Stromdichte in Röntgenbildgebungssystemen für die Gesundheitsversorgung und Reisegepäckscanner verwendet werden. Preiswerte Sensoren mit hoher Empfindlichkeit und geringen Stromverbrauch wären die ideale Lösung für Metalloxid-Halbleiter-Elektronik (metal-oxide-semiconductor, MOS) und Herdplatten sowie mikrofluidische Komponenten für chromatographische Anwendungen. Innerhalb des Projekts erschuf man mit Hilfe eines Teams aus führenden Herstellern und Forschungseinrichtungen aus verschiedenen Ländern eine vollständige Entwicklungskette vom Nanoröhrenwachstum über die erforderlichen Materialien und Prozesse bis hin zu den Prototypenentwicklungsverfahren und Anwendungen, um diese einzusetzen. Das 12-Zoll-Waferfertigungssystem besteht aus einem Dreizonen-Graphitwafer-Heizelement zur einheitlichen Temperaturverteilung, einem Remote-Plasma-System auf der Oberseite und einem Showerhead-Gaseinlasssystem. Es gibt eine separate Einrichtung zur batchweisen Beladung mit den bis auf 400 Grad Celsius vorgewärmten Wafern. Diese Maschine fertigt alle 30 Minuten einen Wafer, was bei über zehn Jahre verteilten Kapitalkosten nur 21 EUR pro Wafer kostet. Dieser Preis liegt um den Faktor sieben unter dem ursprünglichen Ziel des Forscherteams. Den TECHNOTUBES-Partnern gelang die Fertigung eines Prototypen für hochdichte Feldemissionselektronenquellen mittels Kohlenstoffnanoröhren für den Einsatz in Röntgenquellen für Reisegepäckscanner. Sie stellten außerdem Sensoren für komplementäre MOS- Elektronik und Herdplatten her, wobei sämtliche erforderlichen Spezifikationen erfüllt werden konnten. Die Projektergebnisse sichern den europäischen Firmen dieses Sektors eine fortgesetzte marktführende Position inklusive einer Chance auf exponentielles Wachstum in den nächsten Jahren. Das innovative System wird viele bislang unmögliche Anwendungen des Einsatzes von Röntgen- oder Gassensoren in tragbaren Geräten realisierbar machen.
