本發(fā)明關(guān)于一種用于支撐加熱單元的支撐系統(tǒng)以及一種包括至少一個(gè)加熱單元的加熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

包含電阻加熱單元的爐子或電加熱器已廣為人知，且在不同行業(yè)中用于各種應(yīng)用。由此，在經(jīng)由電傳導(dǎo)加熱單元(亦稱為加熱絲)施加電流時(shí)產(chǎn)生熱，且由于電阻，電能耗散成熱。通常，加熱單元放置成緊鄰于待加熱的物品或材料。用于各種應(yīng)用(諸如在半導(dǎo)體材料的處理(例如，用于化合物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng))中使用的用于MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)技術(shù)的反應(yīng)器)的加熱器系統(tǒng)需要在顯著高溫下(例如高于800℃)操作，從而對(duì)加熱單元總成的設(shè)計(jì)及材料提出挑戰(zhàn)。對(duì)于尤其需要高溫的應(yīng)用而言，加熱單元常常由陶瓷材料(其費(fèi)用高且難以制造成所要幾何形狀)制成，或包含耐火金屬，諸如，鎢、鉬、錸、鉭、鈮等或其合金。

當(dāng)設(shè)計(jì)高溫加熱系統(tǒng)時(shí)，不得不解決的主要問題之一為加熱單元的熱誘導(dǎo)周期性膨脹及收縮。對(duì)于尤其用于MOCVD反應(yīng)器的某些應(yīng)用而言，加熱單元的精確定位是重要的，該精確定位亦應(yīng)在加熱系統(tǒng)的操作周期期間以受控方式維持。通常，使用不同種類的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)(諸如終端件)來確保加熱單元正確定位并保持在預(yù)定位置。當(dāng)例如在反應(yīng)器內(nèi)部的MOCVD工序期間將加熱單元加熱至高達(dá)1000℃至2200℃時(shí)，該加熱單元顯著膨脹，且當(dāng)被該終端件保持在固定位置時(shí)，在該加熱單元的材料內(nèi)部產(chǎn)生明顯的機(jī)械應(yīng)力。此機(jī)械應(yīng)力可導(dǎo)致不受控的塑性變形或致使加熱單元劣化或甚至破裂，從而導(dǎo)致加熱單元的使用壽命縮短。不受控的變形是不期望的，因?yàn)樵诩訜釂卧c加熱系統(tǒng)的其他部分或加熱單元與其他加熱單元之間或在加熱單元自身內(nèi)存在嚴(yán)重的接觸風(fēng)險(xiǎn)，并可能因此發(fā)生短路。此外，因?yàn)榧訜釂卧淖冃斡绊懢植侩娮杪?，所以塑性變形在苛求高溫的?yīng)用中尤其不利，在這種高溫應(yīng)用(如化合物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)工序)中均勻或者精確受控的溫度分布是重要的。加熱單元包含耐火金屬的情形最成問題，因?yàn)檫@些金屬的抗蠕變強(qiáng)度(strength creep resistance)隨溫度升高而降低，且在高于1200℃至1400℃時(shí)顯著下降。在這些溫度以上，即便小的應(yīng)力亦會(huì)引起不需要的塑性變形，這種塑性變形在加熱單元冷卻時(shí)保留下來。

為克服固定的終端件帶來的問題，已構(gòu)想出具有撓性單元的各種系統(tǒng)，這些系統(tǒng)經(jīng)設(shè)計(jì)以允許加熱單元在一些優(yōu)選方向上膨脹。一些此類已知終端件包含不同種類的彈簧(例如具有U型形狀的彈簧)，這種彈簧允許加熱單元與終端件之間的連接位置移動(dòng)。雖然具有U型形狀的此種彈簧在一定程度上實(shí)現(xiàn)了將加熱單元內(nèi)部的熱誘導(dǎo)應(yīng)力減小，但這種彈簧的性能在實(shí)踐中并未完全得到確信，因?yàn)榧訜釂卧陨砜稍趦蓚€(gè)以上方向上延伸，且由于加熱單元與自身或與加熱系統(tǒng)的其他部分電接觸，仍存在短路的風(fēng)險(xiǎn)。

在US7645342中提出的是，加熱單元包括多個(gè)延伸銷開口，銷穿過這些延伸銷開口插入，以使加熱單元固定在平面中。延伸銷開口的大小及幾何形狀經(jīng)設(shè)計(jì)以使得在某溫度范圍內(nèi)，這種延伸銷開口應(yīng)允許加熱單元在水平方向上膨脹。然而，在實(shí)際實(shí)施時(shí)，尤其在高于1500℃的高溫下，出現(xiàn)若干問題。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在這種高溫下，與加熱單元接觸并通常由耐火金屬制成的銷具有因擴(kuò)展而黏結(jié)至加熱單元的趨勢(shì)，因而阻礙這種銷在水平方向上的自由移動(dòng)。因此，機(jī)械應(yīng)力在加熱時(shí)累積，從而導(dǎo)致加熱單元的形狀的塑性變形。

根據(jù)前述內(nèi)容，在行業(yè)內(nèi)需要用于支撐加熱單元的支撐系統(tǒng)，尤其需要可用于在高于1600℃的溫度操作的高溫加熱器的加熱單元。因此，本發(fā)明的目的為提供一種用于加熱器中的加熱單元的支撐系統(tǒng)以及一種包含此類支撐系統(tǒng)的加熱系統(tǒng)，其中加熱單元內(nèi)部的熱誘導(dǎo)應(yīng)力在操作期間減小，且加熱單元及加熱系統(tǒng)尤其適合于高溫應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，用于支撐加熱單元的支撐系統(tǒng)包括適于支撐加熱單元的支撐構(gòu)件。支撐構(gòu)件優(yōu)選為剛性且呈細(xì)長(zhǎng)形狀，其具有主延伸方向且實(shí)質(zhì)上沿高度方向延伸。優(yōu)選地，主延伸方向相對(duì)于高度方向恰好平行或呈≤10°的角度，然而，支撐構(gòu)件不必具有嚴(yán)格筆直構(gòu)造。

高度方向可以定義為與加熱單元的延伸平面的如下局部區(qū)域垂直：在該局部區(qū)域中加熱單元在定向的位置處安裝在支撐構(gòu)件上。優(yōu)選地，加熱單元具有彎曲的主延伸方向，且設(shè)置為限定延伸平面的平面構(gòu)造。在加熱單元在支撐構(gòu)件上的到達(dá)部分呈實(shí)質(zhì)上筆直的構(gòu)造的狀況下，高度方向可由加熱單元的總體幾何結(jié)構(gòu)限定。

根據(jù)本發(fā)明，支撐構(gòu)件具有兩個(gè)端部，即近位端及遠(yuǎn)位端。近位端面向加熱單元且具有用于支撐加熱單元的支撐部分。遠(yuǎn)位端設(shè)置為遠(yuǎn)離近位端且具有遠(yuǎn)位端部分，該遠(yuǎn)位端部分與包括彈簧單元的彈力系統(tǒng)聯(lián)接。遠(yuǎn)位端部分設(shè)置為遠(yuǎn)離近位端。優(yōu)選地，彈簧單元聯(lián)接至遠(yuǎn)位端。聯(lián)接可為直接的，或可被設(shè)置在遠(yuǎn)位端部分與彈力系統(tǒng)之間的另一連接構(gòu)件介入。此外，彈力系統(tǒng)包括實(shí)質(zhì)上沿彈力方向定向的主彈性方向，其中該彈力方向由實(shí)質(zhì)上垂直于高度方向(角度優(yōu)選在75°-105°范圍內(nèi)，亦可恰好為90°)的方向限定。此外，彈力系統(tǒng)包含垂直于彈力方向且垂直于高度方向的實(shí)質(zhì)剛性方向。

主彈性方向可理解為彈力系統(tǒng)的材料及/或幾何形狀具有主彈力的方向。因此，彈力系統(tǒng)為加熱單元提供在熱伸展期間沿彈力方向移動(dòng)的可能性，同時(shí)該彈力系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上阻礙加熱單元在實(shí)質(zhì)剛性方向上的移位。根據(jù)本發(fā)明，彈力系統(tǒng)、尤其是彈簧單元至少部分地自遠(yuǎn)位端部分朝向近位端沿高度方向延伸。此外，彈力系統(tǒng)的彈簧單元可緊固至基底，例如，緊固至加熱系統(tǒng)中的底板或包含加熱單元的加熱器外殼上。

在加熱單元的升溫工序期間，若禁止加熱單元與基部(其中彈簧單元鎖緊至加熱系統(tǒng)的基底)之間的相對(duì)移動(dòng)，則加熱單元試圖擴(kuò)大其尺寸，且將累積引起不規(guī)則變形的熱誘導(dǎo)應(yīng)力。利用本發(fā)明的設(shè)置，可達(dá)成使加熱單元的熱誘導(dǎo)位移實(shí)質(zhì)上減少至僅單個(gè)方向，尤其分別是彈力方向或高度方向。此舉得到使加熱單元的材料內(nèi)部的熱誘導(dǎo)機(jī)械應(yīng)力降低及因此使塑性變形的風(fēng)險(xiǎn)降低的可能性。具體而言，可減小因加熱單元的傾斜所引起的彎曲力矩。因此，可將較廉價(jià)材料用于加熱單元，且將增加加熱單元的使用壽命。

作為本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)一種加熱系統(tǒng)，一方面，其具有高度相當(dāng)小的極緊湊構(gòu)造，而另一方面，其仍可在高溫(尤其在高于1600℃的溫度)下操作。由于支撐構(gòu)件的延伸細(xì)長(zhǎng)形狀，可實(shí)現(xiàn)支撐構(gòu)件的近位端與遠(yuǎn)位端之間的所得顯著溫差，尤其當(dāng)支撐構(gòu)件設(shè)置為接近于加熱系統(tǒng)的底部表面(通常被諸如水等液體冷卻)時(shí)如此。此外，在優(yōu)選實(shí)施例中，彈力系統(tǒng)經(jīng)由可設(shè)置在加熱單元與彈力系統(tǒng)之間的熱屏蔽系統(tǒng)來防熱。因此，彈力單元處于顯著低溫下，在該低溫下，材料應(yīng)變較小，且材料性質(zhì)、尤其是彈性得以保留。沿高度方向至少部分地朝向支撐構(gòu)件的近位端延伸的彈力系統(tǒng)的顛倒設(shè)置允許支撐系統(tǒng)采用極緊湊構(gòu)造，從而使得相較于已知的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，在加熱單元與加熱系統(tǒng)的底部表面之間需要顯著更小的高度。

在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐構(gòu)件的主延伸方向?qū)嵸|(zhì)上平行于高度方向。因此，主延伸方向?qū)嵸|(zhì)上垂直于由加熱單元構(gòu)造間隔開的平面。

本發(fā)明支撐系統(tǒng)可僅提供加熱單元的機(jī)械支撐，或可構(gòu)造用于機(jī)械支撐加熱單元及利用電力對(duì)加熱單元供電。為實(shí)現(xiàn)電接觸，本發(fā)明構(gòu)造具有另外的優(yōu)點(diǎn)，即因?yàn)閾闲圆考哂休^低溫度，且通常所用導(dǎo)電材料的電阻隨著溫度降低而明顯下降，所以電阻在具有撓性單元的部分中減小且在此處耗散的熱量較小。因此，借助于彈力系統(tǒng)中電流的流動(dòng)所產(chǎn)生的熱量得以最小化。

在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐構(gòu)件、具有彈簧單元的彈力系統(tǒng)以及可選連接構(gòu)件沿與彈力方向正交且與高度方向正交的正切方向延伸。此外，在優(yōu)選實(shí)施例中，借助于片簧提供沿彈力方向的彈力，而該片簧可包括沿定向?qū)嵸|(zhì)上平行地設(shè)置的兩個(gè)以上片簧。優(yōu)選地，兩個(gè)以上片簧與正切方向平行地定向，從而使得彈簧單元的主彈性方向在彈力方向上。片簧尤其經(jīng)由剛性連接構(gòu)件聯(lián)接至支撐構(gòu)件的遠(yuǎn)位端部分，且設(shè)置成實(shí)質(zhì)上平行于高度方向朝向支撐構(gòu)件的近位端延伸。片簧的構(gòu)造產(chǎn)生機(jī)械剛性基體，其允許在實(shí)質(zhì)上彈力方向上產(chǎn)生撓曲，同時(shí)其以可靠且受控方式減弱并阻礙在正交剛性方向上的撓曲。此舉防止加熱單元在加熱期間的傾斜變形。優(yōu)選地，片簧實(shí)質(zhì)上呈板狀幾何形狀。片簧的尺寸在寬度方向上尤其在10mm至75mm之間，在高度上尤其在100mm至150mm之間，且在厚度上尤其在0.1mm至1mm之間。至少兩個(gè)片簧的使用允許近位端在與加熱單元的延伸平面平行的平面中移動(dòng)，從而避免加熱單元傾斜出平面。同時(shí)，其提供彈力系統(tǒng)的廉價(jià)且簡(jiǎn)單的構(gòu)造。

本發(fā)明另外包括一種用于支撐加熱單元的支撐系統(tǒng)，該支撐系統(tǒng)包括優(yōu)選剛性支撐構(gòu)件，該優(yōu)選剛性支撐構(gòu)件具有實(shí)質(zhì)上沿高度方向延伸的主延伸方向。支撐構(gòu)件進(jìn)一步具有：近位端，其具有用于支撐加熱單元的支撐部分；以及遠(yuǎn)位端，其設(shè)置為遠(yuǎn)離近位端，且直接地或經(jīng)由另一構(gòu)件間接地接合在剛性的軌道引導(dǎo)件中。軌道引導(dǎo)件可緊固至基底(例如加熱系統(tǒng)的外殼的底部表面)，且定向在實(shí)質(zhì)上垂直于高度方向的平面中的彈力方向上。彈簧單元聯(lián)接至支撐構(gòu)件的遠(yuǎn)位端部分，該遠(yuǎn)位端部分設(shè)置為遠(yuǎn)離近位端，且沿彈力方向在支撐構(gòu)件上施加彈性力。在加熱工序中，加熱單元的膨脹由剛性軌道構(gòu)造來引導(dǎo)。因此，在熱膨脹期間，可基本上避免加熱單元的傾斜以及加熱單元在高度方向上的變形。彈簧沿高度方向至少部分地朝向支撐構(gòu)件的近位端延伸的情況可為優(yōu)選的。

在此實(shí)施例中，彈力系統(tǒng)是借助于具有彈簧單元的軌道引導(dǎo)件的構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)，所述彈簧單元未必需要具有明確主彈性方向的復(fù)雜彈簧單元或主彈性方向與彈力方向?qū)?zhǔn)的彈簧單元。在優(yōu)選實(shí)施例中，彈簧單元由U形彈簧形成。U形彈簧設(shè)置成使得可沿軌道引導(dǎo)件以彈力方向提供彈性力，但U形彈簧的主彈性方向未必需要定向在彈力方向上。優(yōu)選地，彈簧的主彈性方向?qū)嵸|(zhì)上沿彈力方向?qū)?zhǔn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，U形彈簧定向在與彈力方向正交及與高度方向正交的正切方向上。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，U形彈簧定向在高度方向上。

此外，關(guān)于材料組成而言，本發(fā)明支撐系統(tǒng)(尤其是支撐構(gòu)件及/或彈簧單元)的部件可包含以重量計(jì)至少90％的耐火金屬。具體而言，耐火金屬選自鎢、鉬、鈮、鉭、錸及其合金。材料的一個(gè)實(shí)例為鎢或鎢的合金(以重量計(jì)至少90％的鎢)，例如除包含鎢之外還包含少量硅酸鉀的真空金屬化鎢合金。材料的另一實(shí)例為鉬或鉬的合金(以重量計(jì)至少95％的鉬)。

提供機(jī)械支撐的支撐系統(tǒng)僅需與基底電絕緣，在該基底中，該支撐系統(tǒng)相應(yīng)地抵靠在加熱系統(tǒng)的外殼上來固定。具體而言，可由氧化鋁(Al₂O₃)或氮化硼(BN)或如氮化鋁(AlN)或賽隆(SiAlON)等陶瓷材料來提供電絕緣。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到，存在將加熱單元連接至支撐構(gòu)件的眾多方法。這些方法包括絞合線、夾合、焊接、螺紋連接、螺栓連接及類似方法。對(duì)于另外提供電接觸的支撐系統(tǒng)而言，所選方法應(yīng)確保在支撐構(gòu)件與加熱單元之間存在足夠的表面接觸，以便在支撐構(gòu)件與加熱單元之間獲得適當(dāng)電連接。

本發(fā)明另外包括一種加熱系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)加熱單元及至少兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的支撐系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)尤其可被構(gòu)造為使得其可用作MOCVD反應(yīng)器中的加熱器。

本發(fā)明加熱系統(tǒng)的特征可在于：每個(gè)加熱單元包括兩個(gè)支撐系統(tǒng)，該兩個(gè)支撐系統(tǒng)被構(gòu)造用于對(duì)加熱單元供應(yīng)電力且位于加熱單元的兩個(gè)端部處。另外電力供應(yīng)用支撐系統(tǒng)尤其被構(gòu)造用于加熱單元的機(jī)械支撐。另外，其他支撐系統(tǒng)亦為可能的，尤其是僅用于加熱單元的機(jī)械支撐的支撐系統(tǒng)，這些支撐系統(tǒng)相對(duì)于加熱單元的兩個(gè)端部而言位于兩個(gè)電力供應(yīng)用支撐系統(tǒng)之間。

根據(jù)本發(fā)明，單個(gè)加熱單元的不同支撐系統(tǒng)的各彈力方向源自共同中心點(diǎn)，而該中心點(diǎn)尤其可被選擇為位于加熱單元的延伸平面中。換言之，為了調(diào)整單個(gè)加熱單元的不同支撐系統(tǒng)，優(yōu)選將共同中心點(diǎn)限定在加熱單元的延伸平面中。支撐系統(tǒng)中的每者與此中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，以使得各彈力方向自該中心點(diǎn)沿徑向朝外定向。

優(yōu)選的是，如大多數(shù)已知常見加熱系統(tǒng)中的情況，加熱單元或多個(gè)加熱單元的構(gòu)造以平面構(gòu)造來設(shè)置。尤其對(duì)MOCVD反應(yīng)器而言，這些反應(yīng)器的各種實(shí)例描述于US7645342中，該文獻(xiàn)以引用方式并入本文。在優(yōu)選實(shí)施例中，加熱單元具有實(shí)質(zhì)上環(huán)形的構(gòu)造，該環(huán)形構(gòu)造在某點(diǎn)處中斷，從而產(chǎn)生加熱單元的第一端及第二端，該第一端與該第二端之間限定小的中斷部。加熱單元在第一端及第二端處電連接至電源。中心點(diǎn)與加熱單元的(中斷)環(huán)形構(gòu)造的中心重合或接近的情況為優(yōu)選的。因此，支撐系統(tǒng)的彈力方向自(實(shí)質(zhì)上)環(huán)形的加熱單元的中心沿徑向朝外定向。

此外，本發(fā)明加熱系統(tǒng)的特征可以在于：至少一個(gè)支撐系統(tǒng)的彈簧單元在室溫下在靜止(穩(wěn)定)位置預(yù)張緊。在加熱單元的使用期間，預(yù)張緊的方向?yàn)檠刂螛?gòu)件的移動(dòng)方向的方向的情況是優(yōu)選的。因此，預(yù)張緊的方向尤其對(duì)應(yīng)于支撐系統(tǒng)的彈力方向。若本發(fā)明用于具有實(shí)質(zhì)上環(huán)形延伸部的加熱系統(tǒng)，則優(yōu)選的是朝外提供預(yù)張緊，即在中心點(diǎn)-徑向的方向上提供預(yù)張緊。

加熱單元使支撐系統(tǒng)保持在適當(dāng)位置，且由此抗衡靜止位置的預(yù)張緊。優(yōu)選地，在室溫下由彈簧單元施加在加熱單元上的預(yù)張緊力不超過加熱單元材料的極限蠕變應(yīng)力。

此外，本發(fā)明加熱系統(tǒng)的特征尤其在于：彈簧單元的預(yù)張緊被配置為在操作溫度下在加熱單元上提供減小的彈簧張力。具體而言，其被配置為使得應(yīng)力減小至比加熱單元在操作溫度下的極限蠕變應(yīng)力低的值。優(yōu)選地，由彈簧單元施加至加熱單元上的負(fù)載在操作溫度下消失。總的基本理念在于，雖然加熱單元升溫且其材料性質(zhì)劣化，但由彈簧單元施加至加熱單元上的力減小且始終保持于加熱單元的蠕變極限以下。當(dāng)加熱單元再次冷卻且因此其蠕變應(yīng)力增大時(shí)，由彈簧單元所施加的負(fù)載再次增大。如此一來，可避免塑性變形。

在優(yōu)選實(shí)施例中，加熱系統(tǒng)包括熱屏蔽系統(tǒng)，該熱屏蔽系統(tǒng)包括設(shè)置在加熱單元下方的一個(gè)或多個(gè)熱屏蔽件。在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐構(gòu)件延伸穿過熱屏蔽系統(tǒng)中的開口。相反，彈簧單元設(shè)置在熱屏蔽件構(gòu)造的下方，且因此將受保護(hù)免于輻射熱。

以上提出的本發(fā)明的實(shí)施例可彼此自由組合?？山M合實(shí)施例中的許多實(shí)施例以形成新的實(shí)施例。

附圖說明

根據(jù)所附圖式進(jìn)一步論述本發(fā)明。圖式示意地展示：

圖1a為根據(jù)本發(fā)明的支撐系統(tǒng)的透視圖。

圖1b為圖1a的支撐系統(tǒng)在高溫下的操作情形期間的透視圖。

圖2為本發(fā)明支撐系統(tǒng)的另一實(shí)施例的透視圖。

圖3為本發(fā)明支撐系統(tǒng)的另一實(shí)施例的透視圖。

圖4為加熱系統(tǒng)的透視圖。

圖5為圖4的加熱系統(tǒng)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1a及圖1b中的實(shí)施例的支撐系統(tǒng)(100)包括具有遠(yuǎn)位端(112)及近位端(113)的細(xì)長(zhǎng)剛性支撐構(gòu)件(111)。在剛性支撐構(gòu)件(111)的頂部上安裝有加熱單元(未示出)，該加熱單元的延伸限定延伸平面。支撐構(gòu)件(111)的主延伸部在高度方向z上延伸，該高度方向z垂直于加熱單元的延伸平面。支撐系統(tǒng)還包括基底構(gòu)件(121)，基底構(gòu)件例如利用螺釘或任何其他種類的機(jī)械固定件來固定在支撐板(未示出)上。彈簧單元(122)位于支撐構(gòu)件(111)與基底構(gòu)件(121)之間，在此實(shí)施例中，利用至少兩個(gè)片簧(122a、122b)來實(shí)現(xiàn)該彈簧單元。彈簧單元(122)借助剛性連接構(gòu)件(123)，利用螺釘、鉚釘、熔接或其他方法來固定至支撐構(gòu)件(111)的遠(yuǎn)位端部分，且實(shí)質(zhì)上平行地朝向支撐構(gòu)件的近位端(113)整體沿高度方向延伸。由于彈簧單元的顛倒設(shè)置，獲得加熱系統(tǒng)的極緊湊構(gòu)造。片簧(122a、122b)設(shè)置為實(shí)質(zhì)上平行的定向，且可根據(jù)平行四邊形沿彈力方向x變形，該彈力方向x為彈簧單元(122)的主彈性方向。包括基底構(gòu)件(121)、片簧(122)及連接構(gòu)件(123)的彈力系統(tǒng)(120)實(shí)質(zhì)上在剛性方向y上延伸，該剛性方向y與高度方向z及彈力方向x正交。

圖1b例示在高溫下當(dāng)加熱單元的熱膨脹引起支撐系統(tǒng)的撓曲時(shí)的情形。在加熱工序期間，加熱單元的尺寸增大，且當(dāng)設(shè)置成環(huán)形構(gòu)造時(shí)——圖5中展示該情形的俯視圖——加熱單元趨向于沿徑向朝外移動(dòng)。為了減小加熱單元內(nèi)部的熱誘導(dǎo)應(yīng)力，根據(jù)本發(fā)明的支撐系統(tǒng)(100)允許加熱單元相對(duì)于基底構(gòu)件(121)移動(dòng)。支撐構(gòu)件(111)因沿彈力方向x的移動(dòng)而相對(duì)于基底構(gòu)件(121)移位。不同的片簧(122a、122b)為彎曲的，且因?yàn)樗鼈冊(cè)O(shè)置為實(shí)質(zhì)上平行的，所以這些片簧包含單個(gè)主彈性方向，主彈性方向被導(dǎo)向?yàn)檠貜椓Ψ较騲。因此，在彈力方向上的變形與加熱單元以及支撐構(gòu)件的其他變形方向分離。

先前的描述對(duì)應(yīng)于當(dāng)彈簧單元在室溫下沒有預(yù)張緊時(shí)的情形。在彈簧單元在室溫下預(yù)加載的實(shí)施例中，情形相反：片簧在室溫下變形(圖1b)，從而提供預(yù)加載力。隨著加熱單元膨脹，支撐構(gòu)件(111)沿彈力方向x移動(dòng)，從而使得片簧變得筆直(對(duì)比圖1a)，且在彈力方向x上的力最終在最高操作溫度下變?yōu)榱恪?/p>

雖然在該特定實(shí)施例中，支撐構(gòu)件(111)實(shí)現(xiàn)為延伸的線性物體，但一般而言，支撐構(gòu)件(111)不必為筆直構(gòu)造，亦不必設(shè)置為平行于高度方向z。然而，必須確保加熱單元可沿彈力方向x自由移動(dòng)。

圖2繪示根據(jù)本發(fā)明的支撐系統(tǒng)(201)的不同實(shí)施例。細(xì)長(zhǎng)支撐構(gòu)件(211)的遠(yuǎn)位端固定至滑動(dòng)單元(224)上，該滑動(dòng)單元(224)接合在剛性軌道引導(dǎo)件(225)中?；瑒?dòng)單元聯(lián)接至彈簧單元(222)，該彈簧單元(222)經(jīng)由基底(221)鎖緊至加熱系統(tǒng)的支撐板(未示出)。軌道引導(dǎo)件(225)可緊固至基底，例如加熱系統(tǒng)的外殼的底部表面(未示出)。由于軌道引導(dǎo)件，支撐構(gòu)件(211)的移動(dòng)被限制在彈力方向x上。因此，在加熱工序期間，避免加熱單元的傾斜以及加熱單元在高度方向z上的撓曲。軌道引導(dǎo)件由電絕緣材料制成，該電絕緣材料尤其是已知的陶瓷材料，如Al2O3、BN、AlN或SiAlN。為避免陶瓷的分解或蒸發(fā)，支撐系統(tǒng)必須被構(gòu)造為使得在支撐構(gòu)件(211)與軌道引導(dǎo)件(225)之間的接觸部處的溫度不超過約1500℃-1600℃的溫度。盡管如此，由于操作中支撐構(gòu)件(211)的細(xì)長(zhǎng)形狀，在支撐構(gòu)件(211)的遠(yuǎn)位端與近位端之間溫度梯度將累積，且因此可在顯著更高的溫度下操作加熱單元。

在此實(shí)施例中，在彈力方向x上對(duì)支撐構(gòu)件施加力的彈簧單元(222)設(shè)置在彈力方向上，且沿高度方向z朝支撐構(gòu)件的近位端延伸。可能存在彈簧單元的其他不同定向。在圖3中，示出彈簧單元(322)的設(shè)置，該彈簧單元(322)實(shí)質(zhì)上在剛性方向y延伸。彈簧單元不需要具有沿單個(gè)方向受引導(dǎo)的明確主彈力方向的復(fù)雜構(gòu)造，而只需要彈簧單元的一個(gè)元件在彈力方向x上提供彈性力即可。

圖4例示根據(jù)本發(fā)明的示例性加熱系統(tǒng)，其包括具有中斷環(huán)形構(gòu)造的加熱單元(450)，該加熱單元(450)的端部分別安裝在兩個(gè)支撐系統(tǒng)(400)處。這些支撐系統(tǒng)(400)在加熱單元端部處被構(gòu)造為用于向加熱單元供應(yīng)電力。提供另外的支撐系統(tǒng)(401)以機(jī)械地支撐加熱單元，這些支撐系統(tǒng)(401)與用于安裝這些支撐系統(tǒng)的基底電絕緣。在所示實(shí)施例中，借助于包括片簧(400)的彈力系統(tǒng)提供電接觸，同時(shí)借助于軌道引導(dǎo)件來引導(dǎo)用于機(jī)械支撐的支撐系統(tǒng)(401)的移動(dòng)。應(yīng)當(dāng)容易理解，本發(fā)明不限于此特定實(shí)施例，無疑可采用支撐系統(tǒng)的不同實(shí)施例，且支撐系統(tǒng)的其他組合也是可能的。具體而言，電供應(yīng)支撐系統(tǒng)(400)可借助于根據(jù)圖3中的實(shí)施例的軌道引導(dǎo)件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，而彈簧單元沿剛性方向y延伸并在相反方向上鏡像設(shè)置。在本實(shí)施例中，導(dǎo)電支撐系統(tǒng)(400)的特征在于：在室溫下，在彈力方向上預(yù)張緊，且這些導(dǎo)電支撐系統(tǒng)(400)構(gòu)造為在操作溫度下對(duì)加熱單元提供減小的彈簧張力。

優(yōu)選的是，借助于包含一層熱屏蔽件或多層疊層的熱屏蔽件的熱屏蔽系統(tǒng)(460)來保護(hù)支撐系統(tǒng)的撓性部件。熱屏蔽件放置成以典型的1mm-5mm的間隔彼此緊鄰。這些熱屏蔽件由處于期望位置的間隔單元維持。支撐系統(tǒng)(400、401)的支撐構(gòu)件延伸穿過熱屏蔽件中的開口。

圖5展示圖4中的加熱系統(tǒng)的俯視圖，且例示支撐系統(tǒng)(400、401)的彈力方向的定向。在此實(shí)施例中，不同支撐系統(tǒng)(400、401)的各彈力方向源自實(shí)質(zhì)上環(huán)形的加熱單元的中心，且在加熱單元的延伸平面中沿徑向朝外定向。