用于机械支撑加热部件的终端的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于机械支撑加热部件的终端以及包括至少一个加热部件的加热器。
【背景技术】
[0002]用于MOCVD(金属有机物化学气相沉积)反应器的加热器的加热部件是公知的。加热部件用于加热MOCVD反应器内部的晶片托盘(晶座)，以进行化合物半导体的外延生长。为确保MOCVD反应器的加热器的加热部件正确定位，已经使用了不同种类的机械支撑结构。通常使用终端支撑MOCVD反应器的加热器的加热部件，以将其保持在预定的位置。
[0003]用于机械支撑加热部件的已知终端存在的一个问题是:加热部件以及终端自身的热致变形会造成许多问题。其中的一个问题是:在加热器的加热部件的材料内部产生机械应力。在反应器内部的MOCVD工序期间，加热器被加热至1000至2200°C。这导致在如下两种情形之间出现非常高的温差:M0CVD反应器装载用于MOCVD生长工序的基板(室温)的情形与MOCVD反应器在生长期间的情形。这种高温差的结果是加热部件的热致膨胀。通常，加热部件通过终端保持在适当位置，因此终端试图将加热部件保持在室温下所预定的位置。在高达2200°C的加热过程期间，加热部件试图延伸其尺寸，因而在加热部件的材料的内部产生热致应力。
[0004]为克服使用固定的终端所产生的问题，已使用了各种柔性部件，这些柔性部件设计成允许在优选方向上的膨胀但限制在不合需要的方向上的变形。这些柔性部件在加热器部件内产生机械载荷，机械载荷随着加热器部件的位移增大而增大，加热器部件的位移又随温度升高而增大。耐火金属的强度与抗蠕变性能随温度升高而降低，且在超过1200至1400°C时急剧下降。在这些条件下，设计成控制不想要的变形的柔性部件本身变为这些不想要的变形的另一来源，因为柔性部件会产生可与加热部件的降低的强度相当的应力。
[0005]已知的是，构造终端来部分地补偿加热部件内部的这种热致应力。所述已知的终端包括不同种类的U型弹簧，所述U型弹簧能够允许加热部件与终端之间的连接位置移动。由此减小了加热部件内部的热致应力。然而，这种已知的终端具有缺点:加热部件自身会在两个或两个以上的方向上延伸。这会导致加热部件与加热系统的其他部分或与其自身接触的风险，并且可能发生短路。此外，由于弹簧的U型，在加热部件的材料内在两个方向上出现机械应力。因此，加热部件的材料必须更能抵抗应力，并且因此更加昂贵。从机械工程角度看，已知的终端能够为加热部件提供在两个或更多个变形方向上的移动自由度。这导致在加热部件的材料内部出现至少一个弯曲力矩，并且引起短路的风险。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是解决现有技术的终端的上述问题中的至少一些问题。具体地说，本发明的目的是提供一种用于机械支撑特别是MOCVD反应器的加热器的加热部件的终端、以及特别是用于MOCVD反应器的包括至少一个加热部件以及至少两个终端的加热器，其中减小了在使用期间在所述加热部件内的热致应力。
[0007]上述问题是通过一种用于机械支撑特别是MOCVD反应器的加热器的加热部件的终端、以及一种尤其用于MOCVD反应器的包括至少一个加热部件和具有本申请所述的特征的至少两个终端的加热器解决。在从属权利要求中所论述的本发明的其他特征和细节可自由地彼此组合，以及与本发明的终端和本发明的加热器组合。
[0008]根据本发明，用于机械支撑特别是MOCVD反应器的加热器的加热部件的终端包括适用于支撑所述加热部件的安装部件。另外，提供一种用于将所述终端固定在底座上的底座部件及支撑部件，所述支撑部件允许所述加热部件的沿着径向轴线的位移和小于所述加热部件的所述沿着径向轴线的位移的约10%的沿着切向轴线和/或轴向轴线的位移。所述径向、切向及轴向方向/轴线通过在所述加热部件以所定向的位置安装在所述安装部件上时所述加热部件的平面延伸定义。
[0009]具体地说，支撑部件位于安装部件与底座部件之间的力轨迹(force track)内。此夕卜，支撑部件具有定向为基本上沿着径向的一个单主弹簧方向，其中所述径向通过当加热部件以所定向的位置安装在安装部件上时加热部件的平面延伸定义。加热部件可为直线的或弯曲的。加热部件在安装部件处的到达部分(arriving part)可为基本上直线的构造，除此以外，径向、轴向及切向方向可通过加热部件的整体几何结构定义。具体地说，本发明的终端包括用于安装弯曲的到达的加热部件的安装部件，径向、轴向及切向方向通过当加热部件在所定向的位置安装在安装部件上时加热部件的弯曲部分定义。另外，本发明终端也可包括用于安装直线加热部件的安装部件，其中径向通过当加热部件在所定向的位置安装在安装部件时加热部件的平面延伸定义。
[0010]基本上为平面的、特别是弯曲的到达的加热部件可尤其包括可由圆围绕的延伸部分。由此，所述加热部件的不同种类的弯曲或直线部件可定位在这种圆形外围中。具体地说，加热部件自身以如下方式到达终端的安装部件，即:在加热部件的加热过程期间，会发生加热部件的热致变形。热致变形导致加热部件和安装部件相对于终端的底座部件移动。针对加热部件在加热过程期间的移动，支撑部件特别包括一个单主弹簧方向。
[0011]在本发明的意义中，“单主弹簧方向”也可称为单主弹性方向。该单主弹簧方向是支撑部件的材料及/或几何形状具有其主要回弹性的方向。这可尤其相对于具有所述终端(尤其所述支撑部件)的三个不同变形方向的坐标系统加以理解。在这种坐标系统中，三个坐标中的一个坐标定义主弹簧方向，该主弹簧方向基本上也是加热部件的主要热致变形方向。根据这种理解，本发明的终端提供如下可能性:将安装部件上的加热部件相对于底座部件的移动减少为基本上仅沿着单方向(具体分别为径向方向或径向轴线)。这又产生如下可能性，即:减小加热部件的材料内部的热致应力。具体地说，可减小弯曲力矩。因此，加热部件可以使用更低廉且更少的材料，并且延长了加热部件的寿命。
[0012]根据本发明的终端特别用于机械支撑MOCVD反应器的加热器的加热部件。因此，所述终端也可称为根据本发明的MOCVD反应器的加热器终端。
[0013]本发明的终端可仅用于机械支撑，或可用于机械支撑及电支撑所述加热部件的组合支撑。具体地说，同一个终端可用于两种支撑。
[0014]如果加热部件为弯曲的加热部件，则终端特别构造成使得主弹簧方向允许加热部件的移动可达加热部件的直径的2%。具体地说，支撑部件允许所述加热部件的移动为弯曲的加热部件的直径的1%:这是一种足以允许加热部件在室温与加热部件的操作温度之间的径向上的热致变形的支撑(suspens1n)，其中所述操作温度介于1000与2200摄氏度之间。
[0015]终端(尤其是支撑部件)相对于一个方向(即主弹簧方向)具有柔性。此外，对于变形的三个方向中的其他两个方向来说，终端是稳定的。在例如给出三个方向(即径向方向/径向轴线、轴向方向/轴向轴线和切向方向/切向轴线)的坐标系统中，仅在径向方向具有柔性。因此，在这种实施例中，径向是支撑部件的单主弹簧方向和加热部件的单热致变形方向。
[0016]平面到达的加热部件尤其是弯曲的到达的加热部件。这可理解为:至少在到达安装部件时，加热部件具有弯曲结构。这可导致如下情形:加热部件发生热致变形，使得加热部件发生径向移动。由于径向上的一个单主弹簧方向，加热部件的这种径向移动是允许的。底座部件可尤其为反应器外壳的刚性底座，或底板本身。底座部件尤其构造为允许将终端安装至MOCVD反应器的其他部分上。
[0017]术语“力轨迹”可理解为底座部件与安装部件之间的轨迹，所述轨迹将力从加热部件的安装位置引导至底座。术语“基本上沿着径向”是指沿着径向的±10°的偏差。
[0018]有利的是，根据本发明的终端的特征在于:支撑部件的至少一个其他弹簧方向与所述单主弹簧方向之间的关联小于10%，以便将一个变形方向与另一个变形方向基本上解耦。这具有如下优点，即:切向弹簧方向至径向弹簧方向的关联和轴向弹簧方向至径向弹簧方向的关联小于10%。这可理解为支撑部件的其他弹簧方向的最大阈值。根据具体实施例，所述最大阈值非常低是有利的。具体地说，如果使用相对较长的支撑部件，则根据上文所提及的定义，更小的最大阈值(例如5%或1% )是有利的。
[0019]根据本发明，终端的特征在于:支撑部件可以包括弹簧。具体地说，支撑部件为板片弹簧，而所述板片弹簧可包括布置为方向基本上平行的两个或两个以上的板片。使用至少两个板片弹簧使整个终端的构造成本低廉且简单。此外，由于具有相对较大的截面，所以板片弹簧能够供给更高的功率值。板片弹簧的尺寸在宽度方向上尤其介于1mm至40mm之间，在高度上尤其介于10mm至150mm之间，且在厚度上尤其介于0.1mm至Imm之间。有利的是，所有板片弹簧尤其在材料及/或其尺寸延伸方面相同。有利的是，板片弹簧至少基本上平行地排列。使用至少平行布置的板片弹簧产生如下优点，即:为整个终端的机械刚度矩阵建立平行四边形。在该刚度矩阵中，仅仅径向为柔性方向，即单主弹簧方向。所述单主弹簧方向与其它弹簧方向(即与其他变形方向)解耦，因为其它弹簧方向是切向和轴向变形方向。板片弹簧尤其基本上为板状几何形状。
[0020]根据本发明的终端的特征还在于:终端可以构造为用于向加热部件供给电力。这可导致不同种类的几何表达。具体地说，终端的不同部件(即尤其是安装部件、支撑部件和/或底座部件)构造成具有截面，以允许电力传输至安装部件，并且因此供给至加热部件。至少两个这种终端可位于MOCVD反应器内，并且因此可通过一个或两个本发明的终端来实现正、负电连接。还有利的是，终端满足两种需求，即机械支撑和电支撑。
[0021]还有利的是，本发明终端的特征在于:支撑部件与安装部件以及与底座部件之间的连接包括基本上平坦的连接区域。由于增大了截