Dlaczego zamiast gorącego powietrza używamy promieniowania podczerwonego w produkcji biosensorów?
Podczas tworzenia biosensorów kluczowe jest prawidłowe utwardzenie materiału oraz jego odparowanie. Przez lata większość z nas korzystała z metody używania gorącego powietrza. To stara metoda. Problematyczne jest to, że trzeba nagrzewać całe pomieszczenie tylko po to, aby temperatura małej powierzchni substratu była odpowiednia. To wolne i żmudne, a po prostu marnowanie czasu.
Najgorsze jest czekanie.
Wtedy właśnie przydają się lampy podczerwone. Zamiast nagrzewać powietrze wokół elementu, lampy te wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne bezpośrednio do substratu. To jak różnica pomiędzy czekaniem, aż pokój się ogrzeje, a wejściem pod promienie słońca.
Czas potrzebny na osiągnięcie wymaganej temperatury praktycznie znika. W procesach przetwarzania półprzewodników czekanie na ustabilizowanie temperatury w piecu konwekcyjnym drastycznie obniża produktywność. Za pomocą lamp podczerwonych można szybko osiągnąć pożądaną temperaturę – brak już opóźnień.
Jak to zrobić dobrze?
Do tego celu używamy lamp o wysokiej intensywności energetycznej. Ale istnieje tu jeden haczyk: należy dostosować długość fali tak, aby pasowała do materiałów użytych w biosensorze. Dzięki temu można utwardzić aktywną warstwę bez uszkodzenia nośnej płytki. Trzeba jednak uważać – jeśli zbyt dużo energii skierujemy na małą powierzchnię, powstaną obszary o zbyt wysokiej temperaturze. Jeden błąd może doprowadzić do uszkodzenia delikatnych warstw na powierzchni biosensora. Aby tego uniknąć, łączymy lampy z pirometrami podczerwonymi oraz kontrolerami PID. Dzięki temu temperatura powierzchni zostaje utrzymana w zakresie ±1°C. To duże ułatwienie, bo masz pewność, że maszyna kontroluje temperaturę za ciebie.
Koszty i zalety (bo zawsze są jakieś ograniczenia)
Promieniowanie podczerwone jest niezwykle szybkie, ale ma określoną kierunkowość. Gorące powietrze otacza element jak koc, natomiast promieniowanie podczerwone wymaga bezprzeszkodnego widoku na element. Jeśli sensor ma dziwny kształt lub głębokie rowki, powstaną „obszary cienia” – miejsca, gdzie ciepło nie może dotrzeć. Zwykle rozwiązujemy to, używając reflektorów, aby odbić promieniowanie, albo układając lampy w taki sposób, aby światło padało na element z różnych kierunków.
Na koniec: system chłodzenia musi nadążać za procesem. Ponieważ substrat szybko się nagrzewa, trzeba szybko usunąć nadmiar ciepła. W przeciwnym razie może dojść dodeformacji elementu, a to problem, którego nikt nie chce mieć.