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DE102023136630B3 - Contact device, heating conductor holder, device and method for coating a substrate by CVD - Google Patents

Contact device, heating conductor holder, device and method for coating a substrate by CVD Download PDF

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DE102023136630B3
DE102023136630B3 DE102023136630.0A DE102023136630A DE102023136630B3 DE 102023136630 B3 DE102023136630 B3 DE 102023136630B3 DE 102023136630 A DE102023136630 A DE 102023136630A DE 102023136630 B3 DE102023136630 B3 DE 102023136630B3
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DE
Germany
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heating conductor
contact
heating
electrode
carbide
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Active
Application number
DE102023136630.0A
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German (de)
Inventor
Stefan Rosiwal
Thomas Helmreich
Karl Neuner
Jörg Komma
Herbert Reichelt
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Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Original Assignee
Friedrich Alexander Univ Erlangen Nuernberg In Vertretung Des Freistaates Bayern
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg In Vertretung Des Freistaates Bayern
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontakteinrichtung für eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats (9) mittels CVD. Die Kontakteinrichtung umfasst einen Heizleiter (5) und eine Elektrode (1,6) mit einem Kontaktbereich. Der Heizleiter (5) wird durch die Wirkung einer Federkraft und/oder Gewichtskraft mechanisch gespannt gehalten und erfährt durch die Wirkung der Federkraft und/oder Gewichtskraft eine zur Elektrode (1,6) hin ausgerichtete Kontaktkraft, so dass der Heizleiter (5) die Elektrode (1,6) im Kontaktbereich unter Ausbildung eines Schleifkontakts (3a,8a) berührt. Der Kontaktbereich besteht aus einem ersten Werkstoff und/oder weist den ersten Werkstoff als Beschichtung auf einem zweiten Werkstoff auf. Der erste Werkstoff besteht zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Metall, welches metastabile Karbide bildet. Weiterhin betrifft die Erfindung einen zumindest eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung umfassenden Heizleiterhalter. Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit zumindest einer erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung bzw. mit zumindest einem erfindungsgemäßen Heizleiterhalter sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats (9) mittels CVD unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figure DE102023136630B3_0000
The invention relates to a contact device for a device for coating a substrate (9) by means of CVD. The contact device comprises a heating conductor (5) and an electrode (1, 6) with a contact area. The heating conductor (5) is held mechanically tensioned by the action of a spring force and/or weight and, due to the action of the spring force and/or weight, experiences a contact force directed towards the electrode (1, 6), so that the heating conductor (5) touches the electrode (1, 6) in the contact area, forming a sliding contact (3a, 8a). The contact area consists of a first material and/or has the first material as a coating on a second material. The first material consists of 1% to 100% by weight of metal, which forms metastable carbides. The invention further relates to a heating conductor holder comprising at least one contact device according to the invention. Finally, the invention relates to a device with at least one contact device according to the invention or with at least one heating conductor holder according to the invention and to a method for coating a substrate (9) by means of CVD using the device according to the invention.
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontakteinrichtung für eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels CVD. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen zumindest eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung umfassenden Heizleiterhalter. Schließlich bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mittels CVD.The invention relates to a contact device for a device for coating a substrate using CVD. Furthermore, the invention relates to a heating conductor holder comprising at least one contact device according to the invention. Finally, the invention relates to a device and a method for coating a substrate using CVD.

Vorrichtungen sowie Verfahren zum Beschichten von Substraten mittels CVD sind nach dem Stand der Technik bekannt. CVD steht dabei für die englische Bezeichnung Chemical Vapor Deposition, das heißt also für chemische Gasphasenabscheidung. Eine beispielhafte Vorrichtung sowie ein beispielhaftes Verfahren zum Beschichten von Substraten mittels CVD sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 044 028 A1 bekannt. Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2004 / 0 069 231 A1 betrifft eine weitere beispielhafte Vorrichtung sowie ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Beschichten von Substraten mittels CVD.Devices and methods for coating substrates using CVD are known in the art. CVD stands for Chemical Vapor Deposition. An exemplary device and method for coating substrates using CVD are disclosed in the German patent application DE 10 2008 044 028 A1 known. The US patent application US 2004 / 0 069 231 A1 relates to a further exemplary device and a further exemplary method for coating substrates by means of CVD.

Nach dem Stand der Technik wird zur Aktivierung der Gasphase ein als Draht ausgestalteter Heizleiter mittels einer elektrischen Leistung erhitzt. So können an der heißen Oberfläche des Drahts z.B. Wasserstoffradikale aus Wasserstoffmolekülen erzeugt werden. Aufgrund der Übertragung der elektrischen Leistung wird auch ein den Draht kontaktierender Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich einer Elektrode erhitzt. Dabei kommt es zu unterschiedlichen Wärmedehnungen und zu mechanischen Spannungen zwischen Draht und Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich. Zur Reduzierung dieser mechanischen Spannungen ist der Draht im Stand der Technik relativ zum Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich frei beweglich angeordnet.According to the state of the art, a heating conductor designed as a wire is heated using electrical power to activate the gas phase. This can generate, for example, hydrogen radicals from hydrogen molecules on the hot surface of the wire. Due to the transfer of electrical power, a contact point or contact area of an electrode that contacts the wire is also heated. This results in different thermal expansions and mechanical stresses between the wire and the contact point or contact area. To reduce these mechanical stresses, the wire is arranged in the state of the art so that it can move freely relative to the contact point or contact area.

Im Stand der Technik besteht jedoch das Problem, dass sich an der Oberfläche des Drahts und/oder am Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich der Elektrode in einer aktivierten kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre sp3-hybridisierter Kohlenstoff in kristalliner oder amorpher Form anlagert. Kohlenstoffkristalle können sich dabei in Form von Diamant anlagern. sp3-hybridisierte Kohlenstoffkristalle besitzen keine oder nur eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Somit wird der elektrische Widerstand zwischen Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich und Draht in unerwünschter Weise erhöht. Dadurch kann der Draht weniger effektiv elektrisch geheizt werden. Beim Vorsehen mehrerer Drähte kommt es zu einer inhomogenen Stromverteilung auf die einzelnen Drähte und damit einhergehend zu Inhomogenitäten beim Beschichten des Substrats.However, the prior art is plagued by the problem that sp 3 -hybridized carbon in crystalline or amorphous form accumulates on the surface of the wire and/or at the contact point or contact area of the electrode in an activated carbon-containing gas atmosphere. Carbon crystals can accumulate in the form of diamond. sp 3 -hybridized carbon crystals have no or only very low electrical conductivity. This undesirably increases the electrical resistance between the contact point or contact area and the wire. This makes electrical heating of the wire less effective. Providing multiple wires results in inhomogeneous current distribution among the individual wires, leading to inhomogeneities when coating the substrate.

Bei lange andauernden Beschichtungsverfahren bzw. bei wiederholten Beschichtungen kann es auch zu einem Zusammenwachsen der sp3-Kristalle an Draht und Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich kommen. Dadurch wird die Beweglichkeit des Drahtes relativ zum Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich einschränkt. Dadurch kann es zum Bruch des Drahts kommen. Die Lebensdauer des Drahts wird dadurch also begrenzt. Ein häufiges Wechseln des Drahts ist erforderlich. Dies ist aufwändig und kostenintensiv.During long-term coating processes or repeated coatings, the sp3 crystals on the wire and the contact point or contact area can also coalesce. This limits the mobility of the wire relative to the contact point or contact area. This can lead to wire breakage. The wire's service life is thus limited. Frequent wire replacement is necessary, which is time-consuming and costly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein ressourcenschonendes, weniger aufwändiges, effizientes und günstiges Verfahren zum Beschichten eines Substrats mittels CVD angegeben werden. Weiterhin sollen eine entsprechende Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels CVD sowie eine Kontakteinrichtung und ein Heizleiterhalter für eine solche Vorrichtung bereitgestellt werden.The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, it is intended to provide a resource-saving, less complex, efficient, and cost-effective method for coating a substrate using CVD. Furthermore, a corresponding device for coating a substrate using CVD, as well as a contact device and a heating conductor holder for such a device, are to be provided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kontakteinrichtung gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 1, durch einen Heizleiterhalter gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 10, durch eine Vorrichtung gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 15 und durch ein Verfahren gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind dazu jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a contact device according to the subject matter of claim 1, by a heating conductor holder according to the subject matter of claim 10, by a device according to the subject matter of claim 15, and by a method according to the subject matter of claim 17. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Kontakteinrichtung für eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels CVD, insbesondere in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff größer 1 (d.h. C/O > 1) oder einer siliziumhaltigen Atmosphäre mit einem Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff größer 1 (d.h. Si/O > 1) oder einer kohlenstoff- und siliziumhaltigen Atmosphäre mit in Summe mehr Kohlenstoff und Silizium als Sauerstoff (d.h. (Si+C)/O > 1), beansprucht. Die Kontakteinrichtung umfasst einen Heizleiter und eine Elektrode. Die Elektrode kann ein Plus- oder ein Minuspol sein. Die Polarität der Elektrode kann sich auch ändern. Die Elektrode kann beispielsweise abwechselnd Plus- und Minuspol sein. Die Elektrode weist einen Kontaktbereich auf. Der Heizleiter wird durch die Wirkung einer Federkraft und/oder Gewichtskraft mechanisch gespannt gehalten und erfährt durch die Wirkung der Federkraft und/oder Gewichtskraft eine zur Elektrode hin ausgerichtete Kontaktkraft, so dass der Heizleiter die Elektrode im Kontaktbereich unter Ausbildung eines Schleifkontakts berührt, insbesondere unmittelbar berührt. Der Heizleiter bildet also mit dem Kontaktbereich der Elektrode eine elektrisch leitfähige Verbindung aus. Insbesondere ist die Kontakteinrichtung so ausgestaltet, dass ein Strom von der Elektrode über den Kontaktbereich in den Heizleiter fließen kann, und/oder dass ein Strom vom Heizleiter über den Kontaktbereich in die Elektrode fließen kann.According to the invention, a contact device is claimed for a device for coating a substrate by means of CVD, in particular in a carbon-containing atmosphere with a carbon to oxygen ratio greater than 1 (i.e. C/O > 1) or a silicon-containing atmosphere with a silicon to oxygen ratio greater than 1 (i.e. Si/O > 1) or a carbon- and silicon-containing atmosphere with a total of more carbon and silicon than oxygen (i.e. (Si+C)/O > 1). The contact device comprises a heating conductor and an electrode. The electrode can be a positive or a negative pole. The polarity of the electrode can also change. The electrode can, for example, alternately be a positive and a negative pole. The electrode has a contact region. The heating conductor is held mechanically taut by the action of a spring force and/or weight and, due to the effect of the spring force and/or weight, experiences a contact force directed towards the electrode, so that the heating conductor touches the electrode in the contact area, forming a sliding contact, in particular directly touches it. The heating conductor thus forms an electrically conductive connection with the contact area of the electrode. In particular, the contact device is designed such that a current can flow from the electrode via the contact area into the heating conductor, and/or that a current can flow from the heating conductor via the contact area into the electrode.

Die Richtung der Federkraft und/oder Gewichtskraft bildet mit der Richtung der Längserstreckung des gespannten Heizleiters vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt einen Winkel von 5 bis 45°, besonders bevorzugt einen Winkel von 10 bis 20°. Zur Erzeugung der Federkraft ist der Heizleiter vorzugsweise mit einer Feder verbunden, vorzugsweise unmittelbar verbunden. Alternativ dazu kann der Heizleiter auch an einem Anfangsabschnitt zu einer Feder geformt sein.The direction of the spring force and/or weight force preferably forms an angle between 0° and 90° with the direction of the longitudinal extension of the tensioned heating conductor, preferably an angle of 5 to 45°, particularly preferably an angle of 10 to 20°. To generate the spring force, the heating conductor is preferably connected to a spring, preferably directly connected. Alternatively, the heating conductor can also be shaped into a spring at an initial section.

Erfindungsgemäß besteht der Kontaktbereich aus einem ersten Werkstoff und/oder weist der Kontaktbereich den ersten Werkstoff als Beschichtung auf einem zweiten Werkstoff auf.According to the invention, the contact area consists of a first material and/or the contact area has the first material as a coating on a second material.

Die Beschichtung aus dem ersten Werkstoff kann dabei umlaufend um den zweiten Werkstoff, beispielsweise zylinderförmig umlaufend um den zweiten Werkstoff, vorgesehen sein. Weiterhin kann die Beschichtung aus dem ersten Werkstoff auf einer oder mehreren Seitenflächen des zweiten Werkstoffs vollflächig oder abschnittsweise vorgesehen sein. Weiterhin kann die Beschichtung aus dem ersten Werkstoff an einer oder mehreren Kanten des zweiten Werkstoffs vollständig oder abschnittsweise vorgesehen sein. Die Kante oder die Kanten verläuft/verlaufen vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Längserstreckung des Heizleiters. Die Kante bzw. eine der Kanten berührt vorzugsweise unmittelbar den Heizleiter. Dabei bildet der Heizleiter mit der Kante den Schleifkontakt aus. Insbesondere die Kante bildet dabei also den Kontaktbereich.The coating made of the first material can be provided all the way around the second material, for example in a cylindrical shape all the way around the second material. Furthermore, the coating made of the first material can be provided on one or more side surfaces of the second material over the entire area or in sections. Furthermore, the coating made of the first material can be provided on one or more edges of the second material all the way around or in sections. The edge or edges preferably run perpendicular or essentially perpendicular to the direction of the longitudinal extent of the heating conductor. The edge or one of the edges preferably directly touches the heating conductor. The heating conductor forms the sliding contact with the edge. In particular, the edge therefore forms the contact area.

Der erste Werkstoff besteht zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Metall, welches metastabile Karbide bildet.The first material consists of 1 wt% to 100 wt% metal, which forms metastable carbides.

Unter „aus Metall“ wird im Sinne dieser Anmeldung „aus einem Metall und/oder aus einer Metalllegierung und/oder aus einer Mischung aus mehreren Metallen“ verstanden. Anstelle von „Metall, welches metastabile Karbide bildet“ wird in dieser Anmeldung auch die Formulierung „metastabile Karbide bildendes Metall“ verwendet. Unter metastabile Karbide bildendem Metall wird im Sinne dieser Anmeldung ein Metall und/oder eine Metalllegierung und/oder eine Mischung aus mehreren Metallen verstanden, das bzw. die in einem Temperaturbereich zwischen 700°C und 1000°C, insbesondere bei einer Temperatur von 800°C, eine positive Karbidbildungsenthalpie, insbesondere eine Karbidbildungsenthalpie im Bereich von 0 bis +40 kJ/mol aufweist. Metalle mit sehr großen positiven Karbidbildungsenthalpien weisen dagegen im genannten Temperaturbereich keinerlei Karbidbildung auf.For the purposes of this application, "made of metal" is understood to mean "made of a metal and/or a metal alloy and/or a mixture of several metals". Instead of "metal which forms metastable carbides", the phrase "metal forming metastable carbides" is also used in this application. For the purposes of this application, a metal and/or a metal alloy and/or a mixture of several metals which, in a temperature range between 700°C and 1000°C, in particular at a temperature of 800°C, has a positive carbide formation enthalpy, in particular a carbide formation enthalpy in the range of 0 to +40 kJ/mol. Metals with very large positive carbide formation enthalpies, on the other hand, do not exhibit any carbide formation in the said temperature range.

Bei der Karbidbildungsenthalpie handelt es sich um eine freie Enthalpie bzw. eine Gibbs-Energie G. Bei einer positiven Karbidbildungsenthalpie (ΔG > 0) können sich metastabile Karbide in der Beschichtungsatmosphäre aus Gründen der hohen Kohlenstoffaktivität zwar bilden, zerfallen aber unmittelbar danach wieder in das Metall und Graphit. Diese Grafitbildung hat sich als vorteilhaft für den ersten Kontaktwerkstoff erwiesen.The carbide formation enthalpy is a free energy or Gibbs energy G. With a positive carbide formation enthalpy (ΔG > 0), metastable carbides can form in the coating atmosphere due to the high carbon activity, but immediately decompose back into the metal and graphite. This graphite formation has proven to be advantageous for the first contact material.

Metall, welches metastabile Karbide bildet, ist vorzugsweise Eisen und/oder Nickel und/oder Kobalt und/oder Rhodium. Das metastabile Karbide bildende Metall kann insbesondere eine Mischung aus zwei, drei oder vier der genannten Elemente sein. Die Karbidbildungsenthalpie von Eisen bei 800 °C beträgt +3 kJ/mol. Die Karbidbildungsenthalpie von Kobalt bei 800 °C beträgt +7 kJ/mol. Die Karbidbildungsenthalpie von Nickel bei 800 °C beträgt +26 kJ/mol. Die Karbidbildungsenthalpien bei 800 °C können gemäß der wissenschaftlichen Veröffentlichung S.R. Shatynski: The thermochemistry of transition metal carbides; Oxidation of Metals 13 (1979) 105-118 bestimmt werden.The metal that forms metastable carbides is preferably iron and/or nickel and/or cobalt and/or rhodium. The metastable carbide-forming metal can in particular be a mixture of two, three, or four of the elements mentioned. The carbide formation enthalpy of iron at 800 °C is +3 kJ/mol. The carbide formation enthalpy of cobalt at 800 °C is +7 kJ/mol. The carbide formation enthalpy of nickel at 800 °C is +26 kJ/mol. The carbide formation enthalpies at 800 °C can be determined according to the scientific publication SR Shatynski: The thermochemistry of transition metal carbides; Oxidation of Metals 13 (1979) 105-118 be determined.

Der erste Werkstoff besteht vorzugsweise zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus einem Metall oder aus mehreren Metallen ausgewählt aus Eisen, Nickel, Kobalt und Rhodium.The first material preferably consists of 1 wt.% to 100 wt.% of one or more metals selected from iron, nickel, cobalt and rhodium.

Unter einem Schleifkontakt wird insbesondere ein Kontakt ohne eine feste Fixierung der beiden beteiligten Kontaktmaterialien aneinander oder ohne eine feste Verbindung der beiden beteiligten Kontaktmaterialien untereinander verstanden. Ein Schleifkontakt im Sinne der vorliegenden Anmeldung gewährt eine freie Beweglichkeit der beiden beteiligten Kontaktmaterialien zueinander, zumindest im µm-Bereich. Vorzugsweise ist eine maximale relative Bewegung von Heizleiter zu Elektrode im Bereich von 1 µm bis 10 mm gegeben. Dadurch kann vorteilhafterweise der Kontakt zwischen Heizleiter und Elektrode trotz einer Wärmeausdehnung des Heizleiters aufrechterhalten werden.A sliding contact is understood, in particular, to be a contact without a fixed fixation of the two contact materials to one another or without a fixed connection between the two contact materials. A sliding contact, as defined in the present application, allows free movement of the two contact materials relative to one another, at least in the µm range. Preferably, a maximum relative movement of the heating conductor to the electrode is in the range of 1 µm to 10 mm. This advantageously allows contact between the heating conductor and the electrode to be maintained despite thermal expansion of the heating conductor.

Vorzugsweise umfasst die Elektrode eine Kontaktschiene, die den Kontaktbereich ausbildet. Der Heizleiter kontaktiert die Elektrode in diesem Fall also an der Kontaktschiene. Die Kontaktschiene kann aus dem ersten Werkstoff bestehen und/oder den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff aufweisen. Weiterhin kann die Elektrode eine die Kontaktschiene tragende Tragstruktur aufweisen. Die Tragstruktur kann zumindest abschnittsweise aus dem zweiten Werkstoff und/oder zumindest abschnittsweise aus einem dritten Werkstoff bestehen. Die Tragstruktur besteht vorzugsweise aus dem zweiten Werkstoff oder aus einem dritten Werkstoff.The electrode preferably comprises a contact rail that forms the contact area. In this case, the heating conductor contacts the electrode at the contact rail. The contact rail can be made of the first material and/or have the first material as a coating on the second material. Furthermore, the electrode can have a support structure that carries the contact rail. The support structure can be made, at least in sections, of the second material and/or, at least in sections, of a third material. The support structure preferably consists of the second material or a third material.

Die dem Heizleiter zugewandte Seite der Kontaktschiene verläuft vorzugsweise schräg in Bezug auf die Richtung der Längserstreckung des Heizleiters. Die dem Heizleiter zugewandte Seite der Kontaktschiene bildet mit der Richtung der Längserstreckung des Heizleiters vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt einen Winkel von 5° bis 45°, besonders bevorzugt einen Winkel von 25° bis 35°. Daher gelangt der Heizleiter vorzugsweise nur mit einer hervorstehenden und dabei dem Heizleiter zugewandten Kante der Kontaktschiene in Berührung.The side of the contact bar facing the heating conductor preferably runs obliquely with respect to the direction of the longitudinal extension of the heating conductor. The side of the contact bar facing the heating conductor preferably forms an angle between 0° and 90°, preferably an angle of 5° to 45°, and particularly preferably an angle of 25° to 35°, with the direction of the longitudinal extension of the heating conductor. Therefore, the heating conductor preferably only comes into contact with a protruding edge of the contact bar facing the heating conductor.

Die dem Heizleiter zugewandte Seite der Kontaktschiene kann auch nur abschnittsweise schräg in Bezug auf die Richtung der Längserstreckung des Heizleiters verlaufen. Die dem Heizleiter zugewandte Seite der Kontaktschiene kann beispielsweise in Richtung der Längserstreckung des Heizleiters eine konkave oder konvexe Form aufweisen. Die dem Heizleiter zugewandte Seite der Kontaktschiene kann beispielsweise in Richtung der Längserstreckung des Heizleiters abgerundet sein oder eine elliptische Form aufweisen.The side of the contact bar facing the heating conductor can also be inclined only partially with respect to the direction of the heating conductor's longitudinal extension. The side of the contact bar facing the heating conductor can, for example, have a concave or convex shape in the direction of the heating conductor's longitudinal extension. The side of the contact bar facing the heating conductor can, for example, be rounded or have an elliptical shape in the direction of the heating conductor's longitudinal extension.

Die Kontaktschiene bildet vorzugsweise eine senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Längserstreckung des Heizleiters verlaufende Kante aus. Die Kontaktschiene berührt vorzugsweise mit dieser Kante unmittelbar den Heizleiter. Dabei bildet der Heizleiter mit der Kante der Kontaktschiene den Schleifkontakt aus. Insbesondere die Kante der Kontaktschiene bildet also den Kontaktbereich.The contact bar preferably forms an edge that runs perpendicular or substantially perpendicular to the direction of the longitudinal extension of the heating conductor. Preferably, this edge of the contact bar directly touches the heating conductor. The heating conductor forms the sliding contact with the edge of the contact bar. In particular, the edge of the contact bar forms the contact area.

Vorzugsweise kommt der Heizleiter mit dem Kontaktbereich im Wesentlichen nur an einem Punkt in Kontakt. Daher kann anstelle des Begriffs „Kontaktbereich“ auch von Kontaktpunkt gesprochen werden.Preferably, the heating conductor comes into contact with the contact area essentially at only one point. Therefore, the term "contact area" can also be used as a contact point.

Vorteilhafterweise wird durch die Ausgestaltung des Kontaktbereichs aus dem ersten Werkstoff im Kontakt mit einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre die Bildung von sp3-hybridisiertem Kohlenstoff wesentlich reduziert, und stattdessen hauptsächlich sp2-hybridisierter Kohlenstoff gebildet. Sp2hybridisierter Kohlenstoff besitzt als Graphit eine wesentlich bessere elektrische Leitfähigkeit als sp3-hybridisierter Kohlenstoff. Zudem bildet sp2-hybridisierter Kohlenstoff in der Graphit-Struktur gegeneinander verschiebbare Schichten aus und kann dadurch vorteilhafterweise ein Festbacken des Schleifkontakts verhindern. Des Weiteren kann der gebildete sp2-Kohlenstoff durch aktivierte Spezies aus der Gasphase wie Wasserstoffradikale oder Sauerstoff wieder weggeätzt werden.Advantageously, by designing the contact area from the first material in contact with a carbon-containing atmosphere, the formation of sp 3 -hybridized carbon is significantly reduced, and instead, mainly sp 2 -hybridized carbon is formed. Sp 2 -hybridized carbon, as graphite, has significantly better electrical conductivity than sp 3 -hybridized carbon. Furthermore, sp 2 -hybridized carbon forms mutually displaceable layers within the graphite structure and can thus advantageously prevent the sliding contact from sticking. Furthermore, the sp 2 -carbon formed can be etched away again by activated species from the gas phase, such as hydrogen radicals or oxygen.

Vorteilhafterweise kann ein Zusammenwachsen von Heizleiter und Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich verhindert werden. Dadurch bleibt die Beweglichkeit des Heizleiters relativ zum Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich erhalten. Die Gefahr eines Brechens des Heizleiters wird erheblich reduziert. Der Heizleiter weist eine hohe Lebensdauer auf. Somit ist das aufwändige und kostenintensive Wechseln des Heizleiters vorteilhafterweise nur selten erforderlich.Advantageously, the fusion of the heating conductor and the contact point or contact area can be prevented. This preserves the flexibility of the heating conductor relative to the contact point or contact area. The risk of the heating conductor breaking is significantly reduced. The heating conductor has a long service life. Thus, the time-consuming and costly replacement of the heating conductor is only rarely necessary.

Die erfindungsgemäße Kontakteinrichtung gewährleistet vorteilhafterweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit, und ermöglicht vorteilhafterweise eine hohe Langzeitstabilität sowie eine verbesserte Homogenität.The contact device according to the invention advantageously ensures high electrical conductivity and advantageously enables high long-term stability and improved homogeneity.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der erste Werkstoff zumindest zu 5 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise zu 10 Gew.-% bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 60 Gew.-% bis 100 Gew.-%, aus Metall, welches metastabile Karbide bildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the first material consists of at least 5 wt.% to 100 wt.%, preferably 10 wt.% to 100 wt.%, particularly preferably 60 wt.% to 100 wt.%, of metal which forms metastable carbides.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht erste Werkstoff zumindest zu 5 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise zu 10 Gew.-% bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 60 Gew.-% bis 100 Gew.-%, aus einem Metall oder mehreren Metallen ausgewählt aus Eisen, Nickel, Kobalt und Rhodium.According to a further advantageous embodiment of the invention, the first material consists of at least 5 wt.% to 100 wt.%, preferably 10 wt.% to 100 wt.%, particularly preferably 60 wt.% to 100 wt.%, of one metal or several metals selected from iron, nickel, cobalt and rhodium.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der erste Werkstoff aus Stahl, vorzugsweise aus austenitischem Stahl, besonders bevorzugt aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl.According to a further advantageous embodiment of the invention, the first material consists of steel, preferably austenitic steel, particularly preferably austenitic chromium-nickel steel.

Der erste Werkstoff besteht beispielsweise aus einem Stahl mit 70 Gew.-% Eisen, 10 Gew.-% Nickel und 18 Gew.-% Chrom, insbesondere aus dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4301. In den genannten Beispielen besteht der erste Werkstoff zu etwa 80 Gew.-% aus Metall, welches metastabile Karbide bildet.The first material, for example, consists of a steel with 70 wt% iron, 10 wt% nickel, and 18 wt% chromium, in particular steel with the material number 1.4301. In the examples mentioned, the first material consists of approximately 80 wt% metal, which forms metastable carbides.

In einem weiteren Beispiel ist der erste Werkstoff ein pulvermetallurgischer Werkstoff mit einer Matrix aus Eisen.In another example, the first material is a powder metallurgical material with an iron matrix.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der zweite Werkstoff weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Promille, metastabile Karbide bildendes Metall.According to a further advantageous embodiment of the invention, the second material contains less than 1 wt.%, preferably less than 1 per mille, of metal forming metastable carbides.

Vorzugsweise besteht die Elektrode außerhalb des Kontaktbereichs aus dem zweiten Werkstoff. Die Elektrode kann beispielsweise aus dem zweiten Werkstoff gebildet sein und nur im Kontaktbereich den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff aufweisen.Preferably, the electrode is made of the second material outside the contact area. The electrode can, for example, be made of the second material and only in contact area have the first material as a coating on the second material.

Die Elektrode kann außerhalb des Kontaktbereichs alternativ oder zusätzlich aus einem dritten Werkstoff bestehen. Der dritte Werkstoff enthält weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Promille, metastabile Karbide bildendes Metall.Outside the contact area, the electrode may alternatively or additionally consist of a third material. The third material contains less than 1 wt.%, preferably less than 1 part per thousand, of metastable carbide-forming metal.

Der zweite Werkstoff ist vorzugsweise aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt von mehr als 800°C und mit einer guten Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Gegebenenfalls ist auch der dritte Werkstoff vorzugsweise aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt von mehr als 800°C und mit einer guten Wärmeleitfähigkeit hergestellt.The second material is preferably made of a metal with a melting point of more than 800°C and good thermal conductivity. Optionally, the third material is also preferably made of a metal with a melting point of more than 800°C and good thermal conductivity.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Werkstoff aus Kupfer, vorzugsweise aus reinem Kupfer und/oder aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the second material is made of copper, preferably of pure copper and/or of a dispersion-strengthened copper material.

Der dritte Werkstoff ist bevorzugt aus Kupfer, vorzugsweise aus reinem Kupfer und/oder aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellt. Beispielsweise ist der zweite Werkstoff aus reinem Kupfer und der dritte Werkstoff aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellt.The third material is preferably made of copper, preferably pure copper and/or a dispersion-strengthened copper material. For example, the second material is made of pure copper and the third material is made of a dispersion-strengthened copper material.

Der vorgeschlagene dispersionsverfestigte Kupferwerkstoff ist auch bei hohen Temperaturen äußerst formstabil. Abgesehen davon können Werkstücke, insbesondere Profile oder Hohlprofile, aus einem solchen Werkstoff einfach und kostengünstig extrudiert und nachfolgend bearbeitet werden.The proposed dispersion-strengthened copper material is extremely dimensionally stable even at high temperatures. Furthermore, workpieces, especially profiles or hollow sections, can be easily and cost-effectively extruded from such a material and subsequently machined.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizleiter aus einem karbidbildenden Metall, vorzugsweise aus W, Ta, Mo, Hf, Nb oder einer Legierung davon, und/oder aus einem aus einem karbidbildenden Metall gebildeten Karbid hergestellt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductor is made of a carbide-forming metal, preferably of W, Ta, Mo, Hf, Nb or an alloy thereof, and/or of a carbide formed from a carbide-forming metal.

Karbidbildende Metalle sind die Refraktärmetalle und zusätzlich Rhenium, Osmium und Iridium. Unter Refraktärmetallen versteht man die neun natürlich vorkommenden Elemente aus der 4., 5. und 6. Nebengruppe, das heißt Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W. Die vorgeschlagenen Materialien eignen sich vorteilhafterweise einerseits zur Herstellung besonders dünner Drähte und können andererseits hohen thermischen Belastungen ausgesetzt werden.Carbide-forming metals include refractory metals, as well as rhenium, osmium, and iridium. Refractory metals are the nine naturally occurring elements from transition groups 4, 5, and 6, namely Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W. The proposed materials are advantageously suited for the production of particularly thin wires and can also withstand high thermal stresses.

Ein Beispiel für einen aus einer Legierung aus karbidbildenden Metallen hergestellten Heizleiter ist ein Heizleiter aus einer Wolfram-Tantal-Legierung.An example of a heating element made from an alloy of carbide-forming metals is a heating element made from a tungsten-tantalum alloy.

Die aus einem karbidbildenden Metall gebildeten Karbide ermöglichen vorteilhafterweise die Herstellung von besonders stabilen Heizleitern. The carbides formed from a carbide-forming metal advantageously enable the production of particularly stable heating conductors.

Vorzugsweise ist der Heizleiter zu mehr als 50 Gew.-% karbidisch, besonders bevorzugt zu 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% karbidisch.Preferably, the heating conductor is more than 50 wt.% carbide, particularly preferably 80 wt.% to 100 wt.% carbide.

Der Heizleiter kann aus mehreren karbidbildenden Metallen und/oder aus mehreren aus jeweils einem karbidbildenden Metall gebildeten Karbiden hergestellt sein. Insbesondere kann der Heizleiter aus einer Mischung oder Kombination zumindest zweier karbidbildender Metalle bestehen oder aus einer Mischung oder Kombination zumindest zweier aus einem karbidbildenden Metall gebildeter Karbide bestehen oder aus einer Mischung oder Kombination zumindest eines karbidbildenden Metalls und zumindest eines aus einem karbidbildenden Metall gebildeten Karbids bestehen.The heating conductor can be made of a plurality of carbide-forming metals and/or a plurality of carbides each formed from a carbide-forming metal. In particular, the heating conductor can consist of a mixture or combination of at least two carbide-forming metals, a mixture or combination of at least two carbides formed from a carbide-forming metal, or a mixture or combination of at least one carbide-forming metal and at least one carbide formed from a carbide-forming metal.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Heizleiter aus einer Mischung oder Kombination eines karbidbildenden Metalls und/oder eines daraus gebildeten Karbids mit einem anderen karbidbildenden Metall und/oder einem daraus gebildeten Karbid. Die Mischung bzw. Kombination kann in Form einer Beschichtung ausgebildet sein. Insbesondere kann der Heizleiter eine Beschichtung aus einem karbidbildenden Metall und/oder einem daraus gebildeten Karbid auf einem anderen karbidbildenden Metall und/oder einem daraus gebildeten Karbid aufweisen. Beispielsweise weist der Heizleiter eine Beschichtung aus Tantal und/oder Tantalkarbid auf Wolfram und/oder Wolframkarbid auf.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductor consists of a mixture or combination of a carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom with another carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom. The mixture or combination can be in the form of a coating. In particular, the heating conductor can have a coating of a carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom on another carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom. For example, the heating conductor has a coating of tantalum and/or tantalum carbide on tungsten and/or tungsten carbide.

Der Heizleiter kann also zum Beispiel eine Beschichtung aus Tantalkarbid auf Wolframkarbid aufweisen. Als weiteres Beispiel kann der Heizleiter eine Beschichtung aus Tantal auf Wolfram aufweisen. Bei diesem Beispiel kann es zu einer Karbidbildung kommen, so dass die Beschichtung aus Tantal an deren äußeren Oberfläche oder vollständig zu Tantalkarbid umgewandelt wird. Als weiteres Beispiel kann der Heizleiter eine Beschichtung aus Tantal auf Wolframkarbid aufweisen. Auch bei diesem Beispiel kann es zu einer Karbidbildung kommen, so dass die Beschichtung aus Tantal an deren äußeren Oberfläche oder vollständig zu Tantalkarbid umgewandelt wird.For example, the heating conductor may have a coating of tantalum carbide on tungsten carbide. As another example, the heating conductor may have a coating of tantalum on tungsten. In this example, carbide formation may occur, so that the tantalum coating is converted to tantalum carbide on its outer surface or completely. As another example, the heating conductor may have a coating of tantalum on tungsten carbide. In this example, carbide formation may also occur, so that the tantalum coating is converted to tantalum carbide on its outer surface or completely.

Heizleiter aus Tantal oder Tantalkarbid bzw. Heizleiter mit einer Beschichtung aus Tantal oder Tantalkarbid ermöglichen vorteilhafterweise die Erzielung von hohen Temperaturen bei vergleichsweise geringer Wärmestrahlung. Somit können besonders effizient Wasserstoffradikale erzeugt werden.Heating conductors made of tantalum or tantalum carbide, or heating conductors coated with tantalum or tantalum carbide, advantageously enable the achievement of high temperatures with comparatively low thermal radiation. This allows for particularly efficient generation of hydrogen radicals.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Heizleiter einen kreisförmigen oder vieleckigen, insbesondere rechteckigen, Querschnitt auf.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductor has a circular or polygonal, in particular rectangular, cross-section.

Der Heizleiter ist vorzugsweise als Draht ausgestaltet. Es kann aber auch sein, dass der Heizleiter als Band, Stange, Platte, Blech oder Folie ausgestaltet ist.The heating conductor is preferably designed as a wire. However, it can also be designed as a strip, rod, plate, sheet, or foil.

Der Heizleiter, insbesondere der als Band, Stange, Platte, Blech oder Folie ausgestaltete Heizleiter, kann eine Vielzahl von Löchern aufweisen. Der Heizleiter kann beispielsweise als Lochblech oder Streckmetall ausgestaltet sein. Ein gelochter Heizleiter kann von Gas durchströmt werden. Dadurch kann ein verbesserter Transport eines aktivierten Prozessgases erfolgen. Dadurch kann vorteilhafterweise die Homogenität beim Beschichten eines Substrats mittels CVD weiter verbessert werden.The heating conductor, particularly one designed as a strip, rod, plate, sheet, or foil, can have a plurality of holes. The heating conductor can be designed, for example, as a perforated sheet or expanded metal. Gas can flow through a perforated heating conductor. This allows for improved transport of an activated process gas. This can advantageously further improve the homogeneity when coating a substrate using CVD.

Ein Durchmesser oder eine Querschnittsfläche des Heizleiters muss nicht über dessen gesamte Längserstreckung gleich sein.A diameter or cross-sectional area of the heating conductor does not have to be the same over its entire longitudinal extent.

Der Heizleiter weist vorzugsweise keine glatte Oberfläche auf. Der Heizleiter kann eine raue Oberflächenstruktur mit Kerben und/oder Rissen aufweisen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich durch eine solche raue Oberflächenstruktur vorteilhafterweise der Wirkungsgrad in einem Verfahren zum Beschichten eines Substrats mittels CVD erhöht. Dies kann darin begründet sein, dass durch eine solche raue Oberflächenstruktur die effektive Oberfläche des Heizdrahts erhöht wird, und dass dadurch verstärkt Wasserstoffradikale gebildet werden.The heating conductor preferably does not have a smooth surface. The heating conductor may have a rough surface structure with notches and/or cracks. It has been shown that such a rough surface structure advantageously increases the efficiency of a process for coating a substrate using CVD. This may be due to the fact that such a rough surface structure increases the effective surface area of the heating wire, thereby increasing the formation of hydrogen radicals.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Heizleiter eine größte Erstreckung im Querschnitt und/oder einen Durchmesser von weniger als 1 cm, vorzugsweise von 5 bis 500 µm, besonders bevorzugt von 100 bis 300 µm, auf. Vorzugsweise weist der Heizleiter eine Länge von 5 cm bis 100 cm auf, bevorzugt weist der Heizleiter eine Länge von 10 cm bis 60 cm auf, besonders bevorzugt weist der Heizleiter eine Länge von 15 cm bis 40 cm auf.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductor has a maximum cross-sectional dimension and/or a diameter of less than 1 cm, preferably from 5 to 500 µm, particularly preferably from 100 to 300 µm. Preferably, the heating conductor has a length of 5 cm to 100 cm, preferably the heating conductor has a length of 10 cm to 60 cm, particularly preferably the heating conductor has a length of 15 cm to 40 cm.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der als Band, Stange, Platte, Blech oder Folie ausgestaltete Heizleiter eine größte Erstreckung im Querschnitt von weniger als 100 cm, vorzugsweise von 10 cm, besonders bevorzugt von 100 µm bis 1 cm, auf. Vorzugsweise weist der als Band, Stange, Platte, Blech oder Folie ausgestaltete Heizleiter auch eine Länge von höchstens 100 cm auf.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductor configured as a strip, rod, plate, sheet, or foil has a maximum cross-sectional extent of less than 100 cm, preferably 10 cm, particularly preferably 100 µm to 1 cm. Preferably, the heating conductor configured as a strip, rod, plate, sheet, or foil also has a maximum length of 100 cm.

Der Heizleiter ist beispielsweise als 5 mm breite Folie ausgestaltet. In einem weiteren Beispiel ist der Heizleiter als 200 µm dicker Draht mit kreisförmigem oder im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgestaltet.For example, the heating conductor is designed as a 5 mm wide foil. In another example, the heating conductor is designed as a 200 µm thick wire with a circular or substantially circular cross-section.

Insbesondere bei Verwendung von Heizleitern mit einem kleinen Durchmesser bzw. mit einer geringen größten Erstreckung im Querschnitt kann eine hohe Temperatur des Heizleiters bei niedrigen Stromflüssen erreicht werden, wodurch die Bildung von Wasserstoffradikalen unterstützt wird. Es kann eine besonders gute Langzeitstabilität und Homogenität erzielt werden.Especially when using heating conductors with a small diameter or a small maximum cross-section, a high heating conductor temperature can be achieved at low current flows, which promotes the formation of hydrogen radicals. Particularly good long-term stability and homogeneity can be achieved.

Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Heizleiterhalter für eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels CVD, insbesondere in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff größer 1 (d.h. C/O > 1) oder einer siliziumhaltigen Atmosphäre mit einem Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff größer 1 (d.h. Si/O > 1) oder einer kohlenstoff- und siliziumhaltigen Atmosphäre mit in Summe mehr Kohlenstoff und Silizium als Sauerstoff (d.h. (Si+C)/O > 1), beansprucht. Der Heizleiterhalter umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung.According to the invention, a heating conductor holder for a device for coating a substrate by means of CVD, in particular in a carbon-containing atmosphere with a carbon-to-oxygen ratio greater than 1 (i.e., C/O > 1) or a silicon-containing atmosphere with a silicon-to-oxygen ratio greater than 1 (i.e., Si/O > 1) or a carbon- and silicon-containing atmosphere with a total of more carbon and silicon than oxygen (i.e., (Si+C)/O > 1), is claimed. The heating conductor holder comprises at least one contact device according to the invention.

Vorzugsweise umfasst der Heizleiterhalter eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Kontakteinrichtungen, bevorzugt 2 bis 200, besonders bevorzugt 20 bis 140 erfindungsgemäße Kontakteinrichtungen. Vorzugsweise umfasst der Heizleiterhalter dabei zwei Elektroden und eine Vielzahl an Heizleitern. Dabei bilden die beiden Elektroden vorzugsweise mit jedem Heizleiter jeweils eine Kontakteinrichtung aus. Es kann aber auch beispielsweise nur eine der beiden Elektroden mit jedem Heizleiter jeweils eine Kontakteinrichtung ausbilden. Kontakteinrichtungen können also an beiden Elektroden oder nur an einer Elektrode des Heizleiterhalters ausgebildet sein.The heating conductor holder preferably comprises a plurality of contact devices according to the invention, preferably 2 to 200, particularly preferably 20 to 140 contact devices according to the invention. The heating conductor holder preferably comprises two electrodes and a plurality of heating conductors. The two electrodes preferably form a contact device with each heating conductor. However, only one of the two electrodes can also form a contact device with each heating conductor, for example. Contact devices can therefore be formed on both electrodes or only on one electrode of the heating conductor holder.

Weiterhin muss dabei nicht jeder Heizleiter eine Kontakteinrichtung mit einer Elektrode ausbilden oder jeweils eine Kontakteinrichtung mit beiden Elektroden ausbilden.Furthermore, not every heating conductor has to form a contact device with one electrode or a contact device with both electrodes.

Die beiden Elektroden verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Insbesondere verlaufen von beiden Elektroden ausgebildete Kontaktschienen vorzugsweise parallel zueinander. Weiter insbesondere verlaufen von beiden Kontaktschienen ausgebildete Kanten vorzugsweise parallel zueinander. Die beiden Kanten stehen dabei vorzugsweise jeweils von der jeweiligen Kontaktschiene hervor und sind jeweils den Heizleitern zugewandt. Dabei bildet jeder Heizleiter vorzugsweise jeweils einen Schleifkontakt mit jeder der beiden Kanten aus.The two electrodes preferably run parallel to one another. In particular, contact rails formed by both electrodes preferably run parallel to one another. Furthermore, in particular, edges formed by both contact rails preferably run parallel to one another. The two edges preferably protrude from the respective contact rail and each face the heating conductors. Each heating conductor preferably forms a sliding contact with each of the two edges.

Der erfindungsgemäße Heizleiterhalter gewährleistet dank der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung(en) vorteilhafterweise auch dauerhaft eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Beim Vorsehen mehrerer Heizleiter kommt es zu einer homogenen Stromverteilung auf die einzelnen Heizleiter. Dadurch kann das Substrat vorteilhafterweise homogen beschichtet werden.The heating conductor holder according to the invention advantageously also ensures, thanks to the contact device(s) according to the invention, permanent high electrical conductivity. Providing multiple heating conductors results in a homogeneous current distribution among the individual heating conductors. This advantageously allows for a homogeneous coating of the substrate.

Vorteilhafterweise kann ein Zusammenwachsen von Heizleiter und Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich verhindert werden. Dadurch bleibt die Beweglichkeit der Heizleiter relativ zum Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich erhalten. Die Heizleiter weisen daher eine hohe Lebensdauer auf. Somit ist das aufwändige und kostenintensive Wechseln der Heizleiter im Heizleiterhalter vorteilhafterweise nur selten erforderlich.Advantageously, the fusion of the heating conductor and the contact point or contact area can be prevented. This preserves the flexibility of the heating conductor relative to the contact point or contact area. The heating conductors therefore have a long service life. This advantageously means that the time-consuming and costly replacement of the heating conductors in the heating conductor holder is rarely necessary.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontakteinrichtung bzw. des Heizleiterhalters erlaubt eine sehr lange Betriebsdauer beim Beschichten eines Substrats mittels CVD im Bereich von 100 bis 500 Stunden, insbesondere im Bereich von 200 bis 500 Stunden. Die Betriebsdauer kann sich dabei auf eine einzige Einzelfahrt beziehen, wobei die Betriebsdauer gleich der Haltezeit der Einzelfahrt ist, oder auf mehrere Einzelfahrten beziehen, wobei sich die Betriebsdauer als Summe der jeweiligen Haltezeiten ergibt. Dadurch sind vorteilhafterweise Beschichtungen mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid mit geringem Aufwand und geringen Kosten herstellbar.The inventive design of the contact device or heating conductor holder allows for a very long operating time when coating a substrate using CVD, ranging from 100 to 500 hours, particularly from 200 to 500 hours. The operating time can refer to a single individual run, where the operating time is equal to the dwell time of the individual run, or to several individual runs, where the operating time is the sum of the respective dwell times. This advantageously allows coatings with diamond, silicon, or silicon carbide to be produced with little effort and low cost.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Heizleiterhalter eine erste und eine zweite Elektrode sowie eine Vielzahl sich jeweils zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckender Heizleiter. Die erste und/oder die zweite Elektrode weist eine Vielzahl von Kontaktbereichen auf. Die Heizleiter werden jeweils durch die Wirkung einer Federkraft und/oder Gewichtskraft mechanisch gespannt gehalten und erfahren jeweils durch die Wirkung der Federkraft und/oder Gewichtskraft eine zur ersten Elektrode hin ausgerichtete Kontaktkraft und/oder eine zur zweiten Elektrode hin ausgerichtete Kontaktkraft, so dass jeder einzelne Heizleiter die erste und/oder die zweite Elektrode in einem diesem Heizleiter zugeordneten Kontaktbereich unter Ausbildung eines Schleifkontakts berührt, insbesondere unmittelbar berührt. Jeder Heizleiter bildet also mit dem ihm zugeordneten Kontaktbereich der ersten und/oder zweiten Elektrode eine elektrisch leitfähige Verbindung aus. Insbesondere ist der Heizleiterhalter so ausgestaltet, dass ein Strom von der ersten und/oder zweiten Elektrode über den jeweils zugeordneten Kontaktbereich in die jeweiligen Heizleiter fließen kann, und/oder dass ein Strom vom jeweiligen Heizleiter über den jeweils zugeordneten Kontaktbereich in die erste und/oder zweite Elektrode fließen kann.According to an advantageous embodiment of the invention, the heating conductor holder comprises a first and a second electrode as well as a plurality of heating conductors each extending between the first and the second electrode. The first and/or the second electrode has a plurality of contact areas. The heating conductors are each held mechanically tensioned by the action of a spring force and/or weight and, due to the action of the spring force and/or weight, each experience a contact force directed towards the first electrode and/or a contact force directed towards the second electrode, so that each individual heating conductor touches, in particular directly touches, the first and/or the second electrode in a contact area assigned to this heating conductor, forming a sliding contact. Each heating conductor therefore forms an electrically conductive connection with the contact area of the first and/or second electrode assigned to it. In particular, the heating conductor holder is designed such that a current can flow from the first and/or second electrode via the respectively assigned contact area into the respective heating conductors, and/or that a current can flow from the respective heating conductor via the respectively assigned contact area into the first and/or second electrode.

Die Richtung der Federkraft und/oder Gewichtskraft bildet jeweils mit der Richtung der Längserstreckung des jeweiligen Heizleiters vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt einen Winkel von 5 bis 45°, besonders bevorzugt einen Winkel von 10 bis 20°. Zur Erzeugung der Federkraft ist jeder Heizleiter vorzugsweise mit jeweils einer Feder verbunden, vorzugsweise unmittelbar verbunden. Es können aber auch mehrere Heizleiter, vorzugsweise zwei Heizleiter, mit einer gemeinsamen Feder verbunden sein, vorzugsweise unmittelbar verbunden sein. Alternativ dazu können die Heizleiter auch jeweils an einem Anfangsabschnitt zu einer Feder geformt sein.The direction of the spring force and/or weight force preferably forms an angle between 0° and 90°, preferably an angle of 5 to 45°, particularly preferably an angle of 10 to 20°, with the direction of the longitudinal extent of the respective heating conductor. To generate the spring force, each heating conductor is preferably connected to a spring, preferably directly connected. However, several heating conductors, preferably two heating conductors, can also be connected to a common spring, preferably directly connected. Alternatively, the heating conductors can each be formed into a spring at an initial section.

Die Kontaktbereiche bestehen jeweils aus dem ersten Werkstoff und/oder weisen den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff auf. Die Beschichtung aus dem ersten Werkstoff kann dabei umlaufend um den zweiten Werkstoff, beispielsweise zylinderförmig umlaufend um den zweiten Werkstoff, vorgesehen sein. Weiterhin kann die Beschichtung aus dem ersten Werkstoff auf einer oder mehreren Seitenflächen des zweiten Werkstoffs vollflächig oder abschnittsweise vorgesehen sein. Weiterhin kann die Beschichtung aus dem ersten Werkstoff an einer oder mehreren Kanten des zweiten Werkstoffs vollständig oder abschnittsweise vorgesehen sein. Der erste Werkstoff besteht zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Metall, welches metastabile Karbide bildet.The contact areas each consist of the first material and/or have the first material as a coating on the second material. The coating made of the first material can be provided circumferentially around the second material, for example cylindrically circumferentially around the second material. Furthermore, the coating made of the first material can be provided over the entire area or in sections on one or more side surfaces of the second material. Furthermore, the coating made of the first material can be provided over the entire area or in sections on one or more edges of the second material. The first material consists of 1 wt.% to 100 wt.% metal, which forms metastable carbides.

Jeder einzelne Heizleiter bildet mit der ersten und/oder mit der zweiten Elektrode jeweils eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung aus. Bei N Heizleitern werden also 2N erfindungsgemäße Kontakteinrichtungen (für den Fall, dass beide Elektroden jeweils erfindungsgemäße Kontakteinrichtungen mit den Heizleitern ausbilden) oder N erfindungsgemäße Kontakteinrichtungen (für den Fall, dass nur eine der beiden Elektroden erfindungsgemäße Kontakteinrichtungen mit den Heizleitern ausbildet) im Heizleiterhalter gebildet. Die erste und/oder die zweite Elektrode kann mehrere oder alle der für die Elektrode der Kontakteinrichtung angeführten optionalen Merkmale aufweisen. Dabei kann die erste und die zweite Elektrode die gleichen Merkmale aufweisen. Vorzugsweise weist die erste Elektrode andere Merkmale als die zweite Elektrode auf. Die Heizleiter können mehrere oder alle der für den Heizleiter der Kontakteinrichtung angeführten optionalen Merkmale aufweisen. Dabei können verschiedene Heizleiter verschiedene Merkmale aufweisen. Vorzugsweise weisen alle Heizleiter die gleichen Merkmale auf.Each individual heating conductor forms a contact device according to the invention with the first and/or the second electrode. With N heating conductors, 2N contact devices according to the invention (in the event that both electrodes each form contact devices according to the invention with the heating conductors) or N contact devices according to the invention (in the event that only one of the two electrodes forms contact devices according to the invention with the heating conductors) are formed in the heating conductor holder. The first and/or the second electrode can have several or all of the optional features listed for the electrode of the contact device. The first and the second electrode can have the same features. Preferably, the first electrode has different features than the second electrode. The heating conductors can have several or all of the optional features listed for the heating conductor of the contact device. Different heating conductors can have different features. Preferably, all heating conductors have the same features.

Vorzugsweise besteht die erste und/oder die zweite Elektrode außerhalb der Kontaktbereiche aus dem zweiten Werkstoff. Die erste und/oder die zweite Elektrode kann beispielsweise aus dem zweiten Werkstoff gebildet sein und nur in den Kontaktbereichen den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff aufweisen.Preferably, the first and/or the second electrode outside the contact areas consists of the second material. The first and/or the second electrode can, for example, consist of the second material and only in the contact areas have the first material as a coating on the second material.

Die erste und/oder die zweite Elektrode kann außerhalb der Kontaktbereiche alternativ oder zusätzlich aus einem dritten Werkstoff bestehen, wobei der dritte Werkstoff weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Promille, metastabile Karbide bildendes Metall enthält.The first and/or the second electrode may alternatively or additionally consist of a third material outside the contact areas, wherein the third material contains less than 1 wt.%, preferably less than 1 per mille, of metal forming metastable carbides.

Vorzugsweise umfasst die erste Elektrode eine Kontaktschiene und/oder umfasst die zweite Elektrode eine Kontaktschiene. Die Kontaktschiene bildet (jeweils) die Kontaktbereiche aus. Die Kontaktschiene kann (jeweils) aus dem ersten Werkstoff bestehen und/oder den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff aufweisen. Weiterhin kann die erste und/oder die zweite Elektrode eine die Kontaktschiene tragende Tragstruktur aufweisen. Die Tragstruktur besteht vorzugsweise aus dem zweiten und/oder dritten Werkstoff.Preferably, the first electrode comprises a contact rail and/or the second electrode comprises a contact rail. The contact rail forms (in each case) the contact areas. The contact rail can consist of the first material and/or have the first material as a coating on the second material. Furthermore, the first and/or the second electrode can have a support structure supporting the contact rail. The support structure is preferably made of the second and/or third material.

Die den Heizleitern zugewandte Seite der Kontaktschiene verläuft vorzugsweise zumindest abschnittsweise schräg in Bezug auf die Richtung der Längserstreckung des jeweiligen Heizleiters. Die den Heizleitern zugewandte Seite der Kontaktschiene bildet mit der Richtung der Längserstreckung des jeweiligen Heizleiters vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt einen Winkel von 5° bis 45°, besonders bevorzugt einen Winkel von 25° bis 35°. Daher gelangen die Heizleiter vorzugsweise jeweils nur mit einer hervorstehenden und dabei den Heizleitern zugewandten Kante der Kontaktschiene in Berührung.The side of the contact rail facing the heating conductors preferably runs at least partially obliquely with respect to the direction of the longitudinal extension of the respective heating conductor. The side of the contact rail facing the heating conductors preferably forms an angle between 0° and 90°, preferably an angle of 5° to 45°, and particularly preferably an angle of 25° to 35°, with the direction of the longitudinal extension of the respective heating conductor. Therefore, the heating conductors preferably only come into contact with a protruding edge of the contact rail facing the heating conductors.

Es ist möglich, dass die erste oder die zweite Elektrode keine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung ausbildet. Die keine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung ausbildende Elektrode ist vorzugsweise aus dem zweiten und/oder dritten Werkstoff gebildet.It is possible that the first or second electrode does not form a contact device according to the invention. The electrode that does not form a contact device according to the invention is preferably formed from the second and/or third material.

Es ist möglich, dass die erste Elektrode eine erste Kontaktschiene und die zweite Elektrode eine zweite Kontaktschiene umfasst, wobei die erste Kontaktschiene aus dem ersten Werkstoff besteht und/oder den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff aufweist, und wobei die zweite Kontaktschiene aus dem zweiten und/oder einem dritten Werkstoff besteht. Alternativ dazu ist es möglich, dass die zweite Kontaktschiene aus dem ersten Werkstoff besteht und/oder den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff aufweist, und dass die erste Kontaktschiene aus dem zweiten und/oder dem dritten Werkstoff besteht.It is possible for the first electrode to comprise a first contact rail and the second electrode to comprise a second contact rail, wherein the first contact rail is made of the first material and/or has the first material as a coating on the second material, and wherein the second contact rail is made of the second and/or a third material. Alternatively, it is possible for the second contact rail to be made of the first material and/or has the first material as a coating on the second material, and for the first contact rail to be made of the second and/or the third material.

Weiterhin ist es möglich, dass die erste Elektrode eine erste Tragstruktur und die zweite Elektrode eine zweite Tragstruktur umfasst. Die erste Tragstruktur trägt dabei die erste Kontaktschiene. Die zweite Tragstruktur trägt dabei die zweite Kontaktschiene. Vorzugsweise besteht die erste Tragstruktur zumindest abschnittsweise aus dem zweiten und/oder zumindest abschnittsweise aus dem dritten Werkstoff. Vorzugsweise besteht die zweite Tragstruktur zumindest abschnittsweise aus dem zweiten und/oder zumindest abschnittsweise aus dem dritten Werkstoff.Furthermore, it is possible for the first electrode to comprise a first support structure and the second electrode to comprise a second support structure. The first support structure supports the first contact rail. The second support structure supports the second contact rail. Preferably, the first support structure consists at least in sections of the second and/or at least in sections of the third material. Preferably, the second support structure consists at least in sections of the second and/or at least in sections of the third material.

Beispielsweise ist die erste Kontaktschiene aus dem zweiten Werkstoff, z.B. aus reinem Kupfer, die erste Tragstruktur aus dem dritten Werkstoff, z.B. aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff, die zweite Kontaktschiene aus dem ersten Werkstoff, z.B. austenitischem Chrom-Nickel-Stahl, und die zweite Tragstruktur aus dem dritten Werkstoff, z.B. aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff, gebildet.For example, the first contact rail is made of the second material, e.g. pure copper, the first support structure is made of the third material, e.g. a dispersion-strengthened copper material, the second contact rail is made of the first material, e.g. austenitic chromium-nickel steel, and the second support structure is made of the third material, e.g. a dispersion-strengthened copper material.

Zwei oder mehr benachbarte Heizleiter können zusammen einstückig ausgebildet sein. Insbesondere können alle Heizleiter der Vielzahl von Heizleitern zusammen einstückig ausgebildet sein. Dabei können mehrere oder alle Heizleiter der Vielzahl von Heizleitern zusammen aus nur einem Draht gebildet sein. Der Draht weist dazu vorzugsweise jenseits des Schleifkontakts jeweils eine Biegung auf. Die Biegung weist vorzugsweise eine U-Form auf. Vorzugsweise ist die Biegung mit einer Feder oder mehreren Federn zur Ausübung der Federkraft auf den Draht oder mit einem Gewicht zur Ausübung der Gewichtskraft auf den Draht verbunden. Im Sinne dieser Anmeldung wird jeder einzelne sich von der ersten zur zweiten Elektrode erstreckende Abschnitt eines solchen Drahts jeweils als Heizleiter bezeichnet.Two or more adjacent heating conductors can be formed integrally together. In particular, all heating conductors of the plurality of heating conductors can be formed integrally together. In this case, several or all heating conductors of the plurality of heating conductors can be formed from just one wire. For this purpose, the wire preferably has a bend beyond the sliding contact. The bend is preferably U-shaped. The bend is preferably connected to one or more springs for exerting the spring force on the wire or to a weight for exerting the weight force on the wire. For the purposes of this application, each individual section of such a wire extending from the first to the second electrode is referred to as a heating conductor.

Die Heizleiter können jeweils aus einzelnen Drähten bestehen. Es ist beispielsweise auch möglich, dass einige Heizleiter zusammen aus nur einem Draht gebildet sind, und dass die restlichen Heizleiter jeweils aus einzelnen Drähten bestehen.The heating conductors can each consist of individual wires. For example, it is also possible for some heating conductors to be composed of a single wire, while the remaining heating conductors can each consist of individual wires.

Vorzugsweise weist der Heizleiterhalter 1 bis 100 Heizleiter auf, besonders bevorzugt weist der Heizleiterhalter 10 bis 70 Heizleiter auf.Preferably, the heating conductor holder has 1 to 100 heating conductors, particularly preferably the heating conductor holder has 10 to 70 heating conductors.

Benachbarte Heizleiter verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Besonders bevorzugt verlaufen alle Heizleiter parallel zueinander. Es ist aber auch möglich, dass Heizleiter in unterschiedlichen Winkelstellungen ausgerichtet sind. Benachbarte Heizleiter weisen vorzugsweise einen Abstand von 0,5 cm bis 4 cm, besonders bevorzugt einen Abstand von 1 cm bis 2 cm auf.Adjacent heating conductors preferably run parallel to one another. Particularly preferably, all heating conductors run parallel to one another. However, it is also possible for heating conductors to be aligned at different angles. Adjacent heating conductors are preferably spaced between 0.5 cm and 4 cm, particularly preferably between 1 cm and 2 cm.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizleiterhalter als Modul ausgeführt. Die erste und die zweite Elektrode sind dabei vorzugsweise relativ zueinander fest verbunden und bilden eine Baueinheit. Eine solche Baueinheit ist zweckmäßigerweise so ausgeführt, dass sie in einem herkömmlichen Gehäuse einer CVD-Beschichtungsvorrichtung angeordnet werden kann.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductor holder is designed as a module. The first and second electrodes are They are preferably firmly connected relative to one another and form a structural unit. Such a structural unit is expediently designed so that it can be arranged in a conventional housing of a CVD coating device.

Vorzugsweise umfasst der Heizleiterhalter dazu Stützen und elektrische Isolationsmittel. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Elektrode über die Stützen und unter Zwischenschaltung der elektrischen Isolationsmittel miteinander mechanisch verbunden. Die Stützen und die elektrischen Isolationsmittel sind dazu beispielsweise seitlich an der ersten und an der zweiten Elektrode angebracht. Die Stützen sind vorzugsweise aus dem zweiten Werkstoff und/oder aus dem dritten Werkstoff gebildet. Beispielsweise sind die Stützen aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellt.For this purpose, the heating conductor holder preferably comprises supports and electrical insulation means. The first and second electrodes are preferably mechanically connected to one another via the supports and with the interposition of the electrical insulation means. For this purpose, the supports and the electrical insulation means are attached, for example, laterally to the first and second electrodes. The supports are preferably formed from the second material and/or the third material. For example, the supports are made from a dispersion-strengthened copper material.

Der Heizleiterhalter bildet vorzugsweise eine Rahmenstruktur aus der ersten und zweiten Elektrode, den Stützen und den elektrischen Isolationsmitteln aus. Die Rahmenstruktur ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise aus dem zweiten Werkstoff und/oder zumindest abschnittsweise aus dem dritten Werkstoff gebildet. Beispielsweise ist die Rahmenstruktur aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellt.The heating conductor holder preferably forms a frame structure comprising the first and second electrodes, the supports, and the electrical insulation means. The frame structure is preferably formed at least partially from the second material and/or at least partially from the third material. For example, the frame structure is made of a dispersion-strengthened copper material.

Der vorgeschlagene dispersionsverfestigte Kupferwerkstoff ist auch bei hohen Temperaturen äußerst formstabil. Abgesehen davon können Werkstücke, insbesondere Profile oder Hohlprofile, aus einem solchen Werkstoff einfach und kostengünstig extrudiert und nachfolgend bearbeitet werden.The proposed dispersion-strengthened copper material is extremely dimensionally stable even at high temperatures. Furthermore, workpieces, especially profiles or hollow sections, can be easily and cost-effectively extruded from such a material and subsequently machined.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kühleinrichtung zum Kühlen der ersten und/oder zweiten Elektrode vorgesehen.According to a further advantageous embodiment of the invention, a cooling device is provided for cooling the first and/or second electrode.

Zu diesem Zweck können die erste und/oder zweite Elektrode und/oder die Stützen und/oder die Rahmenstruktur des Heizleiterhalters beispielsweise zumindest abschnittsweise ein Hohlprofil umfassen, welches mit einem Kühlfluid durchströmt wird. Bei dem Kühlfluid handelt es sich zweckmäßigerweise um Wasser.For this purpose, the first and/or second electrode and/or the supports and/or the frame structure of the heating conductor holder can, for example, at least partially comprise a hollow profile through which a cooling fluid flows. The cooling fluid is expediently water.

Alternativ dazu oder zusätzlich können die erste und/oder zweite Elektrode und/oder die Stützen und/oder die Rahmenstruktur des Heizleiterhalters Kühlrippen aufweisen.Alternatively or additionally, the first and/or second electrode and/or the supports and/or the frame structure of the heating conductor holder may have cooling fins.

Weiterhin kann die Kühleinrichtung ein Kühlelement umfassen, welches in direktem Wärmekontakt mit der ersten und/oder zweiten Elektroden steht, oder welches die erste und/oder zweite Elektroden über Wärmestrahlung kühlt.Furthermore, the cooling device may comprise a cooling element which is in direct thermal contact with the first and/or second electrodes, or which cools the first and/or second electrodes via thermal radiation.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt der Heizleiterhalter sich in einer Ebene oder weist eine Biegung und/oder eine zylindrische Form und/oder eine konische Form auf.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductor holder extends in a plane or has a bend and/or a cylindrical shape and/or a conical shape.

Der Heizleiterhalter kann dabei an eine Form des zu beschichtenden Substrats angepasst sein. Vorteilhafterweise sind somit unterschiedlich geformte Substrate beschichtbar.The heating element holder can be adapted to the shape of the substrate to be coated. This advantageously allows for coating of substrates of different shapes.

Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels CVD, insbesondere zum Beschichten mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid, insbesondere in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff größer 1 (d.h. C/O > 1) oder einer siliziumhaltigen Atmosphäre mit einem Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff größer 1 (d.h. Si/O > 1) oder einer kohlenstoff- und siliziumhaltigen Atmosphäre mit in Summe mehr Kohlenstoff und Silizium als Sauerstoff (d.h. (Si+C)/O > 1), beansprucht. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem zumindest eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung und/oder zumindest ein erfindungsgemäßer Heizleiterhalter vorgesehen sind.According to the invention, a device for coating a substrate by means of CVD, in particular for coating with diamond or silicon or silicon carbide, in particular in a carbon-containing atmosphere with a carbon to oxygen ratio greater than 1 (i.e., C/O > 1) or a silicon-containing atmosphere with a silicon to oxygen ratio greater than 1 (i.e., Si/O > 1) or a carbon- and silicon-containing atmosphere with a total of more carbon and silicon than oxygen (i.e., (Si+C)/O > 1) is claimed. The device comprises a housing in which at least one contact device according to the invention and/or at least one heating conductor holder according to the invention are provided.

Vorzugsweise sind im Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bis 12 erfindungsgemäße Heizleiterhalter vorgesehen. Besonders bevorzugt sind ein erfindungsgemäße Heizleiterhalter oder zwei oder vier erfindungsgemäße Heizleiterhalter vorgesehen.Preferably, heating conductor holders according to the invention are provided in the housing of the device according to the invention 1 to 12. Particularly preferably, one heating conductor holder according to the invention or two or four heating conductor holders according to the invention are provided.

Vorzugsweise sind im Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bis 2000 erfindungsgemäße Kontakteinrichtungen und/oder 1 bis 1000 erfindungsgemäße Heizleiter vorgesehen.Preferably, 1 to 2000 contact devices according to the invention and/or 1 to 1000 heating conductors according to the invention are provided in the housing of the device according to the invention.

Das Gehäuse ist vorzugsweise gasdicht ausgestaltet. Zum Evakuieren des Gehäuses ist vorzugsweise eine Pumpe vorgesehen. Weiterhin umfasst das Gehäuse vorzugsweise einen Gaseinlass zum Einleiten der Reaktionsgase.The housing is preferably designed to be gas-tight. A pump is preferably provided for evacuating the housing. Furthermore, the housing preferably comprises a gas inlet for introducing the reaction gases.

Der Heizleiterhalter bzw. die Heizleiterhalter ist/sind zum Beheizen der Heizleiter vorzugsweise (jeweils) mit einer Stromquelle verbunden. Die Stromquelle oder die Stromquellen stellt/stellen vorzugsweise eine derartige Leistung bereit, dass sich eine über die Längserstreckung des Heizleiters/der Heizleiter gemittelte Leistung pro mm2 in einer Höhe von 0,5 W/mm2 bis 10 W/mm2, besonders bevorzugt in einer Höhe von 1 W/mm2 bis 2,5 W/mm2, an der Oberfläche des Heizleiters/der Heizleiter ergibt.The heating conductor holder(s) is/are preferably connected (each) to a power source for heating the heating conductors. The power source(s) preferably provides such a power that, averaged over the longitudinal extent of the heating conductor(s), a power per mm² of 0.5 W/ mm² to 10 W/ mm² , particularly preferably 1 W/ mm² to 2.5 W/ mm² , results at the surface of the heating conductor(s).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht beim Beschichten eines Substrats mittels CVD durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung(en) und/oder des/der erfindungsgemäßen Heizleiterhalter(s) vorteilhafterweise auch dauerhaft eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Es kommt zu einer homogenen Stromverteilung auf die einzelnen Heizleiter. Dadurch kann vorteilhafterweise das die Heizleiter umgebende Gas homogen angeregt werden und das Substrat homogen beschichtet werden.The device according to the invention enables coating of a substrate by means of CVD by providing the con The switching device(s) and/or the heating conductor holder(s) according to the invention advantageously also provide permanently high electrical conductivity. This results in a homogeneous current distribution among the individual heating conductors. This advantageously allows the gas surrounding the heating conductors to be homogeneously excited and the substrate to be homogeneously coated.

Vorteilhafterweise kann ein Zusammenwachsen von Heizleiter und Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich verhindert werden. Dadurch bleibt die Beweglichkeit der Heizleiter relativ zum Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich erhalten. Die Heizleiter weisen daher eine hohe Lebensdauer auf. Somit ist das aufwändige und kostenintensive Wechseln der Heizleiter im Heizleiterhalter vorteilhafterweise nur selten erforderlich.Advantageously, the fusion of the heating conductor and the contact point or contact area can be prevented. This preserves the flexibility of the heating conductor relative to the contact point or contact area. The heating conductors therefore have a long service life. This advantageously means that the time-consuming and costly replacement of the heating conductors in the heating conductor holder is rarely necessary.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine sehr lange Betriebsdauer beim Beschichten eines Substrats mittels CVD im Bereich von 100 bis 500 Stunden, insbesondere im Bereich von 200 bis 500 Stunden. Die Betriebsdauer kann sich dabei auf eine einzige Einzelfahrt beziehen, wobei die Betriebsdauer gleich der Haltezeit der Einzelfahrt ist, oder auf mehrere Einzelfahrten beziehen, wobei sich die Betriebsdauer als Summe der jeweiligen Haltezeiten ergibt. Dadurch sind vorteilhafterweise Beschichtungen mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid mit geringem Aufwand und geringen Kosten herstellbar.The device according to the invention allows for a very long operating time when coating a substrate using CVD, ranging from 100 to 500 hours, particularly from 200 to 500 hours. The operating time can refer to a single individual run, where the operating time is equal to the dwell time of the individual run, or to multiple individual runs, where the operating time is the sum of the respective dwell times. This advantageously allows coatings with diamond, silicon, or silicon carbide to be produced with little effort and low cost.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Heizleiterhalter derart in der Vorrichtung angeordnet, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter entlang der Schwerkraftrichtung verläuft. Vorzugsweise verlaufen dabei alle Heizleiter parallel zueinander. Beispielsweise kann ein Heizleiterhalter in der Vorrichtung vorgesehen sein und derart angeordnet sein, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter entlang der Schwerkraftrichtung verläuft. In einem anderen Beispiel können mehrere Heizleiterhalter in der Vorrichtung vorgesehen sein und derart angeordnet sein, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter entlang der Schwerkraftrichtung verläuft. Beispielsweise sind zwei Heizleiterhalter in der Vorrichtung vorgesehen und derart angeordnet, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter entlang der Schwerkraftrichtung verläuft. In diesem Beispiel kann das Substrat derart zwischen den beiden Heizleiterhaltern angeordnet werden, dass es beidseitig beschichtbar ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least one heating conductor holder is arranged in the device such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors runs along the direction of gravity. Preferably, all heating conductors run parallel to one another. For example, one heating conductor holder can be provided in the device and arranged such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors runs along the direction of gravity. In another example, several heating conductor holders can be provided in the device and arranged such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors runs along the direction of gravity. For example, two heating conductor holders are provided in the device and arranged such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors runs along the direction of gravity. In this example, the substrate can be arranged between the two heating conductor holders such that it can be coated on both sides.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Heizleiterhalter derart in der Vorrichtung angeordnet, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter quer zur Schwerkraftrichtung verläuft. Die Richtung der Längserstreckung und die Schwerkraftrichtung weisen in diesem Fall also einen Winkel von 90° auf.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least one heating conductor holder is arranged in the device such that the longitudinal extension of the heating conductors runs transversely to the direction of gravity. In this case, the longitudinal extension and the direction of gravity are at an angle of 90°.

Der zumindest eine Heizleiterhalter kann dabei derart in der Vorrichtung angeordnet sein, dass die Elektroden und/oder die von den Elektroden ausgebildeten Kontaktschienen und/oder die von den Kontaktschienen ausgebildeten Kanten entlang der Schwerkraftrichtung verlaufen. In einer anderen Ausgestaltung kann der zumindest eine Heizleiterhalter dabei derart in der Vorrichtung angeordnet sein, dass die Elektroden und/oder die von den Elektroden ausgebildeten Kontaktschienen und/oder die von den Kontaktschienen ausgebildeten Kanten quer zur Schwerkraftrichtung verlaufen. Beispielsweise kann ein Heizleiterhalter in der Vorrichtung vorgesehen sein und derart angeordnet sein, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter quer zur Schwerkraftrichtung verläuft, und dass die beiden Elektroden und/oder die beiden von den Elektroden ausgebildeten Kontaktschienen und/oder die beiden von den Kontaktschienen ausgebildeten Kanten quer zur Schwerkraftrichtung verlaufen. In diesem Beispiel ist der Heizleiterhalter also horizontal angeordnet. Das Substrat kann in diesem Beispiel in Schwerkraftrichtung unterhalb des Heizleiterhalters angeordnet sein, so dass es einseitig beschichtbar ist.The at least one heating conductor holder can be arranged in the device such that the electrodes and/or the contact rails formed by the electrodes and/or the edges formed by the contact rails run along the direction of gravity. In another embodiment, the at least one heating conductor holder can be arranged in the device such that the electrodes and/or the contact rails formed by the electrodes and/or the edges formed by the contact rails run transversely to the direction of gravity. For example, a heating conductor holder can be provided in the device and arranged such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors runs transversely to the direction of gravity, and that the two electrodes and/or the two contact rails formed by the electrodes and/or the two edges formed by the contact rails run transversely to the direction of gravity. In this example, the heating conductor holder is therefore arranged horizontally. In this example, the substrate can be arranged below the heating conductor holder in the direction of gravity so that it can be coated on one side.

Es ist aber auch möglich, dass der zumindest eine Heizleiterhalter dabei derart in der Vorrichtung angeordnet ist, dass die Elektroden und/oder die von den Elektroden ausgebildeten Kontaktschienen und/oder die von den Kontaktschienen ausgebildeten Kanten mit einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Schwerkraftrichtung verlaufen.However, it is also possible that the at least one heating conductor holder is arranged in the device in such a way that the electrodes and/or the contact rails formed by the electrodes and/or the edges formed by the contact rails run at an angle between 0° and 90° to the direction of gravity.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Heizleiterhalter derart in der Vorrichtung angeordnet, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter einen Winkel zwischen 0° und 90° mit der Schwerkraftrichtung bildet. Es können auch mehrere Heizleiterhalter derart in der Vorrichtung angeordnet sein, dass die Heizleiterhalter jeweils zu einem mittig angeordneten Substrat hin gekippt sind.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least one heating conductor holder is arranged in the device such that the direction of the longitudinal extension of the heating conductors forms an angle between 0° and 90° with the direction of gravity. Multiple heating conductor holders can also be arranged in the device such that the heating conductor holders are each tilted toward a centrally arranged substrate.

Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mittels CVD, insbesondere zum Beschichten mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid, beansprucht. Dabei werden unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die folgenden Schritte durchgeführt:

  1. a) Erzeugen einer Wasserstoff und einen gasförmigen Kohlenstoff- und/oder Siliziumträger enthaltenden reaktiven Gasatmosphäre im Gehäuse,
  2. b) Aufheizen der Heizleiter von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur im Bereich von 1500°C bis 2600°C für eine Haltezeit von 0,1 bis 500 Stunden durch Anlegen einer elektrischen Leistung an die Heizleiter,
  3. c) Wegnehmen der elektrischen Leistung.
According to the invention, a method for coating a substrate by CVD, in particular for coating with diamond or silicon or silicon carbide, is claimed. The following steps are carried out using an apparatus according to the invention:
  1. a) generating a reactive gas atmosphere containing hydrogen and a gaseous carbon and/or silicon carrier in the housing,
  2. b) Heating the heating conductors from ambient temperature to a temperature in the range of 1500°C to 2600°C for a holding time of 0.1 to 500 hours by applying electrical power to the heating conductors,
  3. c) Removing the electrical power.

Die genannten Schritte werden vorzugsweise in der genannten Reihenfolge durchgeführt.The steps mentioned are preferably carried out in the order mentioned.

Die im Schritt a) erzeugte, einen gasförmigen Kohlenstoffträger enthaltende reaktive Gasatmosphäre weist vorzugsweise ein Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff größer 1 (d.h. C/O > 1) auf. Die im Schritt a) erzeugte, einen gasförmigen Siliziumträger enthaltende reaktive Gasatmosphäre weist vorzugsweise ein Verhältnis von Silizium zu Sauerstoff größer 1 (d.h. Si/O > 1) auf. Die im Schritt a) erzeugte, einen gasförmigen Kohlenstoffträger und einen gasförmigen Siliziumträger enthaltende reaktive Gasatmosphäre weist vorzugsweise in Summe mehr Kohlenstoff und Silizium als Sauerstoff (d.h. (Si+C)/O > 1) auf.The reactive gas atmosphere containing a gaseous carbon carrier and generated in step a) preferably has a carbon to oxygen ratio greater than 1 (i.e., C/O > 1). The reactive gas atmosphere containing a gaseous silicon carrier and generated in step a) preferably has a silicon to oxygen ratio greater than 1 (i.e., Si/O > 1). The reactive gas atmosphere containing a gaseous carbon carrier and a gaseous silicon carrier and generated in step a) preferably has a total of more carbon and silicon than oxygen (i.e., (Si+C)/O > 1).

Vorzugsweise wird ein ursprünglich aus einem karbidbildenden Metall bestehender Heizleiter oder ein ein karbidbildendes Metall als Beschichtung umfassender Heizleiter während des Schritts b) an dessen äußerer Oberfläche oder vollständig zu einem aus dem karbidbildenden Metall gebildeten Karbid umgewandelt. Heizleitern aus aus einem karbidbildenden Metall gebildeten Karbiden sind vorteilhafterweise besonders stabil.Preferably, a heating conductor originally consisting of a carbide-forming metal or a heating conductor comprising a carbide-forming metal as a coating is converted during step b) on its outer surface or completely into a carbide formed from the carbide-forming metal. Heating conductors made of carbides formed from a carbide-forming metal are advantageously particularly stable.

Auf das Wegnehmen der elektrischen Leistung hin kommt es zu einem Abkühlen der Heizleiter. Vorzugsweise werden die Heizleiter bis auf Umgebungstemperatur abgekühlt.When the electrical power is removed, the heating elements cool down. Preferably, the heating elements cool down to ambient temperature.

Vorzugsweise wird das Gehäuse während des Abkühlens der Heizleiter oder nach dem Abkühlen der Heizleiter evakuiert. Alternativ zum Evakuieren des Gehäuses oder nach dem Evakuieren des Gehäuses wird das Gehäuse vorzugsweise belüftet. Nach dem Belüften des Gehäuses wird das beschichtete Substrat bzw. werden die beschichteten Substrate vorzugsweise entnommen.Preferably, the housing is evacuated during or after cooling of the heating conductors. Alternatively to evacuating the housing or after evacuating the housing, the housing is preferably ventilated. After ventilating the housing, the coated substrate(s) are preferably removed.

Das Abkühlen der Heizleiter kann in der reaktiven Gasatmosphäre erfolgen. Alternativ dazu kann das Abkühlen der Heizleiter mit einem Kühlgas erfolgen. Der Kühlgas kann beispielsweise Stickstoff, Helium, Wasserstoff und/oder Argon sein bzw. umfassen.The heating elements can be cooled in the reactive gas atmosphere. Alternatively, the heating elements can be cooled with a cooling gas. The cooling gas can be or include nitrogen, helium, hydrogen, and/or argon, for example.

Als weitere Alternative dazu kann das Abkühlen der Heizleiter auf Umgebungstemperatur im Vakuum stattfinden. Nach dem Abkühlen der Heizleiter auf Umgebungstemperatur wird das Gehäuse vorzugsweise belüftet. Nachfolgend wird das beschichtete Substrat bzw. werden die beschichteten Substrate entnommen.As a further alternative, the heating elements can be cooled to ambient temperature in a vacuum. After the heating elements have cooled to ambient temperature, the housing is preferably ventilated. The coated substrate(s) are then removed.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann an der/den erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung(en) bzw. am/an den erfindungsgemäßen Heizleiterhalter(n) vorteilhafterweise auch dauerhaft eine hohe elektrische Leitfähigkeit bereitgestellt werden. Es kommt zu einer homogenen Stromverteilung auf die einzelnen Heizleiter. Dadurch kann vorteilhafterweise das die Heizleiter umgebende Gas homogen angeregt werden und das Substrat homogen beschichtet werden.In the method according to the invention, a high level of electrical conductivity can advantageously be permanently provided at the contact device(s) according to the invention or at the heating conductor holder(s) according to the invention. This results in a homogeneous current distribution among the individual heating conductors. This advantageously allows the gas surrounding the heating conductors to be homogeneously excited and the substrate to be coated homogeneously.

Vorteilhafterweise kann ein Zusammenwachsen von Heizleiter und Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich verhindert werden. Dadurch bleibt die Beweglichkeit der Heizleiter relativ zum Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich erhalten. Die Heizleiter weisen daher eine hohe Lebensdauer auf. Somit ist das aufwändige und kostenintensive Wechseln der Heizleiter im Heizleiterhalter vorteilhafterweise nur selten erforderlich.Advantageously, the fusion of the heating conductor and the contact point or contact area can be prevented. This preserves the flexibility of the heating conductor relative to the contact point or contact area. The heating conductors therefore have a long service life. This advantageously means that the time-consuming and costly replacement of the heating conductors in the heating conductor holder is rarely necessary.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontakteinrichtung(en) bzw. des/der Heizleiterhalter(s) erlaubt eine sehr lange Betriebsdauer im Bereich von 100 bis 500 Stunden, insbesondere im Bereich von 200 bis 500 Stunden. Die Betriebsdauer kann sich dabei auf eine einzige Einzelfahrt beziehen, wobei die Betriebsdauer gleich der Haltezeit der Einzelfahrt ist, oder auf mehrere Einzelfahrten beziehen, wobei sich die Betriebsdauer als Summe der jeweiligen Haltezeiten ergibt. Dadurch sind vorteilhafterweise Beschichtungen mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid mit geringem Aufwand und geringen Kosten herstellbar.The inventive design of the contact device(s) or the heating conductor holder(s) allows for a very long operating time in the range of 100 to 500 hours, particularly in the range of 200 to 500 hours. The operating time can refer to a single individual run, where the operating time is equal to the holding time of the individual run, or to several individual runs, where the operating time is the sum of the respective holding times. This advantageously allows coatings with diamond, silicon, or silicon carbide to be produced with little effort and low cost.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die reaktive Gasatmosphäre Bor und/oder Phosphor und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff.According to an advantageous embodiment of the invention, the reactive gas atmosphere contains boron and/or phosphorus and/or nitrogen and/or oxygen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die reaktive Gasatmosphäre einen Druck von weniger als 1000 mbar auf, vorzugweise einen Druck von 1 bis 100 mbar, besonders bevorzugt einen Druck von 1 bis 20 mbar.According to a further advantageous embodiment of the invention, the reactive gas atmosphere has a pressure of less than 1000 mbar, preferably a pressure of 1 to 100 mbar, particularly preferably a pressure of 1 to 20 mbar.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die reaktive Gasatmosphäre 90 Vol.-% bis 99,5 Vol.-% an Wasserstoff.According to a further advantageous embodiment of the invention, the reactive gas atmosphere contains 90 vol.% to 99.5 vol.% of hydrogen.

Zur Herstellung einer Diamantschicht kann als Kohlenstoffträger beispielsweise Methan in einer Konzentration von 0,5 Vol.-% bis 10 Vol.-% verwendet werden. Zur Herstellung einer Siliziumschicht kann die reaktive Gasatmosphäre anstelle des gasförmigen Kohlenstoffträgers einen gasförmigen Siliziumträger enthalten. Der gasförmige Siliziumträger wird vorzugsweise in einer Konzentration von 0,5 Vol.-% bis 10 Vol.-% verwendet. Zur Herstellung einer Schicht aus Siliziumkarbid kann die reaktive Gasatmosphäre einen gasförmigen Kohlenstoffträger und einen gasförmigen Siliziumträger enthalten. Der gasförmige Kohlenstoffträger und der gasförmige Siliziumträger werden vorzugsweise in einer Gesamtkonzentration von 0,5 Vol.-% bis 10 Vol.-% verwendet.To produce a diamond layer, methane, for example, can be used as a carbon carrier in a concentration of 0.5 vol.% to 10 vol.%. To produce a silicon layer, the reactive gas atmosphere can contain a gaseous silicon carrier instead of the gaseous carbon carrier. The gaseous silicon carrier is preferably used in a concentration of 0.5 vol.% to 10 vol.%. To produce a silicon carbide layer, the reactive gas atmosphere may contain a gaseous carbon carrier and a gaseous silicon carrier. The gaseous carbon carrier and the gaseous silicon carrier are preferably used in a total concentration of 0.5 vol.% to 10 vol.%.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Heizleiter im Schritt b) auf eine Temperatur im Bereich von 1800°C bis 2500°C aufgeheizt, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 1900°C bis 2300°C aufgeheizt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductors are heated in step b) to a temperature in the range from 1800°C to 2500°C, preferably to a temperature in the range from 1900°C to 2300°C.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Heizleiter im Schritt b) für eine Haltezeit von 1 bis 100 Stunden aufgeheizt, vorzugsweise für eine Haltezeit von 3 bis 50 Stunden aufgeheizt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating conductors are heated in step b) for a holding time of 1 to 100 hours, preferably for a holding time of 3 to 50 hours.

Es versteht sich von selbst, dass die oben zur Kontakteinrichtung und/oder zum Heizleiterhalter genannten Merkmale auch sinngemäß im Verfahren verwendet werden können. Entsprechend können auch die oben genannten Verfahrensmerkmale sinngemäß zur Spezifizierung der Kontakteinrichtung und/oder des Heizleiterhalters verwendet werden können.It goes without saying that the features mentioned above for the contact device and/or the heating conductor holder can also be used analogously in the method. Accordingly, the above-mentioned method features can also be used analogously to specify the contact device and/or the heating conductor holder.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der beigefügten Figuren erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind daher nicht als einschränkend zu verstehen.

  • 1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizleiterhalters im Querschnitt.
  • 2 Schematische Darstellung verschiedener erfindungsgemäßer Ausgestaltungen des Heizleiters in Draufsicht.
  • 3 Schematische perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Heizleiterhalters.
  • 4 Schematische perspektivische Ansicht einer Anordnung zweier erfindungsgemäßer Heizleiterhalter in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels CVD.
  • 5 Schematische perspektivische Ansicht einer Anordnung eines erfindungsgemäßen Heizleiterhalter in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels CVD.
  • 6 Flussdiagramm zum Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is explained below using exemplary embodiments with the aid of the accompanying figures. The exemplary embodiments shown are therefore not to be understood as limiting.
  • 1 Schematic representation of a heating conductor holder according to the invention in cross section.
  • 2 Schematic representation of various inventive designs of the heating conductor in plan view.
  • 3 Schematic perspective view of the heating element holder according to the invention.
  • 4 Schematic perspective view of an arrangement of two heating conductor holders according to the invention in a device according to the invention for coating a substrate by means of CVD.
  • 5 Schematic perspective view of an arrangement of a heating conductor holder according to the invention in a device according to the invention for coating a substrate by means of CVD.
  • 6 Flowchart showing the sequence of a method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizleiterhalters im Querschnitt. Eine erste Elektrode 1 umfasst dabei eine erste Tragstruktur 2 sowie eine erste Kontaktschiene 3. Die erste Tragstruktur 2 ist aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff oder aus reinem Kupfer hergestellt. Eine aus dem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellte erste Tragstruktur 2 bleibt auch bei hohen Temperaturen äußerst formstabil. Eine aus reinem Kupfer hergestellte erste Tragstruktur 2 wird beispielsweise durch Kühlrippen und/oder mit Hilfe eines Kühlfluids gekühlt. Die erste Kontaktschiene 3 besteht erfindungsgemäß zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Metall, welches metastabile Karbide bildet. Beispielsweise besteht die erste Kontaktschiene 3 aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl mit 70 Gew.-% Eisen, 10 Gew.-% Nickel und 18 Gew.-% Chrom. Da Eisen und Nickel zu den Metallen zählen, welche metastabile Karbide bilden, besteht die erste Kontaktschiene 3 im genannten Beispiel zu etwa 80 Gew.-% aus metastabile Karbide bildendem Metall. 1 shows a schematic representation of a heating conductor holder according to the invention in cross section. A first electrode 1 comprises a first support structure 2 and a first contact rail 3. The first support structure 2 is made of a dispersion-strengthened copper material or of pure copper. A first support structure 2 made of the dispersion-strengthened copper material remains extremely dimensionally stable even at high temperatures. A first support structure 2 made of pure copper is cooled, for example, by cooling fins and/or with the aid of a cooling fluid. According to the invention, the first contact rail 3 consists of 1 wt.% to 100 wt.% metal that forms metastable carbides. For example, the first contact rail 3 consists of austenitic chromium-nickel steel with 70 wt.% iron, 10 wt.% nickel, and 18 wt.% chromium. Since iron and nickel are among the metals that form metastable carbides, the first contact rail 3 in the example mentioned consists of approximately 80 wt.% metal that forms metastable carbides.

Eine Feder 4 ist mit ihrem einen Ende an der ersten Tragstruktur 2 und mit ihrem anderen Ende an einem Heizleiter 5 befestigt. Der Heizleiter 5 wird durch eine von der Feder 4 ausgeübte Federkraft mechanisch gespannt gehalten. Außerdem weist die Federkraft eine senkrecht zur Richtung der Längserstreckung des Heizleiters 5 verlaufende Komponente auf, die in Richtung der ersten Elektrode 1 ausgerichtet ist. Daher erfährt der Heizleiter 5 durch die Wirkung der Federkraft eine zur ersten Elektrode 1 hin ausgerichtete Kontaktkraft, so dass der Heizleiter 5 die erste Elektrode 1 in einem durch die erste Kontaktschiene 3 gebildeten Kontaktbereich unter Ausbildung eines Schleifkontakts 3a berührt. Die Richtung der Federkraft bildet im gezeigten Beispiel einen Winkel von 200 mit der Richtung der Längserstreckung des Heizleiters 5.A spring 4 is attached at one end to the first support structure 2 and at its other end to a heating conductor 5. The heating conductor 5 is held mechanically tensioned by a spring force exerted by the spring 4. In addition, the spring force has a component running perpendicular to the direction of the longitudinal extent of the heating conductor 5, which is directed in the direction of the first electrode 1. Therefore, due to the effect of the spring force, the heating conductor 5 experiences a contact force directed towards the first electrode 1, so that the heating conductor 5 touches the first electrode 1 in a contact area formed by the first contact rail 3, forming a sliding contact 3a. In the example shown, the direction of the spring force forms an angle of 20 ° with the direction of the longitudinal extent of the heating conductor 5.

Die dem Heizleiter 5 zugewandte Seite der ersten Kontaktschiene 3 verläuft dabei schräg in Bezug auf die Richtung der Längserstreckung des Heizleiters 5. Die dem Heizleiter 5 zugewandte Seite bildet mit der Richtung der Längserstreckung des Heizleiters 5 beispielsweise einen Winkel von 30°. Daher gelangt der Heizleiter 5 nur mit der in der gezeigten Schnittdarstellung dem Heizleiter 5 zugewandten Spitze der ersten Kontaktschiene 3 in Berührung.The side of the first contact rail 3 facing the heating conductor 5 runs obliquely with respect to the direction of the longitudinal extension of the heating conductor 5. The side facing the heating conductor 5 forms an angle of, for example, 30° with the direction of the longitudinal extension of the heating conductor 5. Therefore, the heating conductor 5 only comes into contact with the tip of the first contact rail 3 facing the heating conductor 5 in the sectional view shown.

Der elektrische Widerstand der Feder 4 ist vorzugsweise vergleichsweise hoch. Daher fließt der Strom durch die erste Tragstruktur 2 und wird an der in der gezeigten Schnittdarstellung dem Heizleiter 5 zugewandten Spitze der ersten Kontaktschiene 3 bzw. am Schleifkontakt 3a in den Heizleiter 5 geleitet.The electrical resistance of the spring 4 is preferably comparatively high. Therefore, the current flows through the first support structure 2 and is conducted into the heating conductor 5 at the tip of the first contact rail 3 facing the heating conductor 5 in the sectional view shown, or at the sliding contact 3a.

Die Feder 4 kann an der ersten Tragstruktur 2 unmittelbar (d.h. elektrisch leitend) oder elektrisch isoliert angebracht sein. Die Feder 4 kann am Heizleiter 5 unmittelbar (d.h. elektrisch leitend) oder elektrisch isoliert angebracht sein.The spring 4 can be attached to the first support structure 2 directly (i.e., electrically conductive) or electrically insulated. The spring 4 can be attached to the heating conductor 5 directly (i.e., electrically conductive) or electrically insulated.

Abweichend vom dargestellten Beispiel kann die Feder 4 auch einstückig mit dem Heizleiter 5 ausgebildet sein.Deviating from the example shown, the spring 4 can also be formed integrally with the heating conductor 5.

Der Heizleiter 5 ist im dargestellten Beispiel als 200 µm dicker Draht aus Wolframkarbid mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgestaltet. Ein solch dünner Heizleiter 5 kommt mit dem Kontaktbereich im Wesentlichen nur an einem Punkt in Kontakt. Daher kann anstelle des Begriffs „Kontaktbereich“ auch von Kontaktpunkt gesprochen werden.In the example shown, the heating conductor 5 is designed as a 200 µm thick tungsten carbide wire with a substantially circular cross-section. Such a thin heating conductor 5 essentially only comes into contact with the contact area at one point. Therefore, the term "contact area" can also be used as a contact point.

Die erste Elektrode 1 bildet mit dem Heizleiter 5 eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung aus. Ebenso kann eine zweite Elektrode 6 mit dem Heizleiter 5 eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung ausbilden.The first electrode 1 forms a contact device according to the invention with the heating conductor 5. Likewise, a second electrode 6 can form a contact device according to the invention with the heating conductor 5.

Die zweite Elektrode 6 umfasst dabei eine zweite Tragstruktur 7 sowie eine zweite Kontaktschiene 8. Die zweite Tragstruktur 7 ist aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellt. Daher bleibt die zweite Tragstruktur 7 auch bei hohen Temperaturen äußerst formstabil. Die zweite Kontaktschiene 8 besteht erfindungsgemäß zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Metall, welches metastabile Karbide bildet. Beispielsweise besteht die zweite Kontaktschiene 8 aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl mit 70 Gew.-% Eisen, 10 Gew.-% Nickel und 18 Gew.-% Chrom. Da Eisen und Nickel zu den Metallen zählen, welche metastabile Karbide bilden, besteht die zweite Kontaktschiene 8 im genannten Beispiel zu etwa 80 Gew.-% aus metastabile Karbide bildendem Metall.The second electrode 6 comprises a second support structure 7 and a second contact rail 8. The second support structure 7 is made of a dispersion-strengthened copper material. Therefore, the second support structure 7 remains extremely dimensionally stable even at high temperatures. According to the invention, the second contact rail 8 consists of 1 wt.% to 100 wt.% metal that forms metastable carbides. For example, the second contact rail 8 consists of austenitic chromium-nickel steel with 70 wt.% iron, 10 wt.% nickel, and 18 wt.% chromium. Since iron and nickel are among the metals that form metastable carbides, the second contact rail 8 in the example mentioned consists of approximately 80 wt.% metal that forms metastable carbides.

Der Heizleiter 5 ist im dargestellten Beispiel mechanisch unmittelbar an der zweiten Tragstruktur 8 befestigt. Somit erfährt der Heizleiter 5 durch die Wirkung der Federkraft eine zur zweiten Elektrode 6 hin ausgerichtete Kontaktkraft, so dass der Heizleiter 5 die zweite Elektrode 6 in einem durch die zweite Kontaktschiene 8 gebildeten Kontaktbereich unter Ausbildung eines Schleifkontakts 8a berührt.In the example shown, the heating conductor 5 is mechanically attached directly to the second support structure 8. Thus, due to the effect of the spring force, the heating conductor 5 experiences a contact force directed toward the second electrode 6, so that the heating conductor 5 touches the second electrode 6 in a contact area formed by the second contact rail 8, forming a sliding contact 8a.

Die dem Heizleiter 5 zugewandte Seite der zweiten Kontaktschiene 8 verläuft schräg in Bezug auf die Richtung der Längserstreckung des Heizleiters 5. Die dem Heizleiter 5 zugewandte Seite bildet mit der Richtung der Längserstreckung des Heizleiters 5 beispielsweise einen Winkel von 30°. Daher gelangt der Heizleiter 5 nur mit der in der gezeigten Schnittdarstellung dem Heizleiter 5 zugewandten Spitze der zweiten Kontaktschiene 8 in Berührung. Auch hier kann angesichts des als dünnen Draht ausgestalteten Heizleiters 5 anstelle des Begriffs „Kontaktbereich“ von Kontaktpunkt gesprochen werden. The side of the second contact bar 8 facing the heating conductor 5 runs obliquely with respect to the direction of the longitudinal extension of the heating conductor 5. The side facing the heating conductor 5 forms, for example, an angle of 30° with the direction of the longitudinal extension of the heating conductor 5. Therefore, the heating conductor 5 only comes into contact with the tip of the second contact bar 8 facing the heating conductor 5 in the sectional view shown. Here, too, given that the heating conductor 5 is designed as a thin wire, the term "contact area" can be used instead of "contact point."

Abweichend vom dargestellten Beispiel kann der Heizleiter 5 an der zweiten Tragstruktur 8 auch unter Zwischenschaltung einer weiteren Feder befestigt sein. Dabei blieben die Richtungen der auf den Heizleiter 5 wirkenden Kräfte gleich.Deviating from the example shown, the heating conductor 5 can also be attached to the second support structure 8 with the interposition of an additional spring. In this case, the directions of the forces acting on the heating conductor 5 remain the same.

Abweichend von der bisherigen Figurenbeschreibung kann die zweite Elektrode 6 beispielsweise keine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung mit dem Heizleiter 5 ausbilden. Dabei kann die zweite Elektrode 6 inklusive der zweiten Kontaktschiene 8 beispielsweise aus reinem Kupfer bestehen.Deviating from the previous description of the figures, the second electrode 6 may, for example, not form a contact device according to the invention with the heating conductor 5. The second electrode 6, including the second contact rail 8, may, for example, consist of pure copper.

2 zeigt eine schematische Darstellung verschiedener Ausgestaltungen des Heizleiters in Draufsicht. Die Draufsicht aus 2 korrespondiert zur Schnittansicht aus 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen. 2 shows a schematic representation of various designs of the heating conductor in plan view. The plan view from 2 corresponds to the section view from 1 To avoid repetition, please refer to the explanations for 1 referred to.

Die linke Hälfte von 2 zeigt eine Feder 4, an der genau ein als Draht ausgestalteter Heizleiter 5 befestigt ist. Die rechte Hälfte von 2 zeigt eine Feder 4, an der ein weiterer Draht befestigt ist. Der weitere Draht weist dazu eine Biegung 5a auf, in die die Feder 4 eingehängt ist. Der weitere Draht bildet ausgehend von der Biegung 5a zwei parallel verlaufende Heizleiter 5 aus.The left half of 2 shows a spring 4 to which exactly one heating conductor 5 designed as a wire is attached. The right half of 2 shows a spring 4 to which another wire is attached. The additional wire has a bend 5a into which the spring 4 is hooked. Starting at the bend 5a, the additional wire forms two parallel heating conductors 5.

Die in der rechten Hälfte von 2 gezeigte Ausgestaltung benötigt eine geringere Anzahl an Federn und ist daher vorteilhafterweise besonders materialsparend. Weiterhin ist die Biegung 5a bei dieser Ausgestaltung besonders einfach in die Feder 4 einhängbar.The one in the right half of 2 The configuration shown requires a smaller number of springs and is therefore advantageously particularly material-saving. Furthermore, the bend 5a can be particularly easily hooked into the spring 4 in this configuration.

3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Heizleiterhalters. Die perspektivische Ansicht aus 3 korrespondiert zur Schnittansicht aus 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen. 3 shows a schematic perspective view of the heating conductor holder according to the invention. The perspective view from 3 corresponds to the section view from 1 To avoid repetition, please refer to the explanations for 1 referred to.

Der Heizleiterhalter weist neun parallel zueinander verlaufende Heizleiter 5 auf. Jeder der Heizleiter 5 wird durch jeweils eine an dessen oberem Ende befestigte Feder 4 individuell gespannt gehalten.The heating element holder has nine heating elements 5 running parallel to each other. Each of the heating elements 5 is individually tensioned by a spring 4 attached to its upper end.

Die erste 1 und die zweite Elektrode 6 können zusätzlich über Stützen und unter Zwischenschaltung elektrischer Isolationsmittel miteinander fest verbunden sein. Die Stützen und die elektrischen Isolationsmittel sind in 3 nicht dargestellt. Die erste 1, die zweite Elektrode 6, die Stützen und die elektrischen Isolationsmittel bilden in diesem Fall zusammen mit den daran angebrachten Federn 4 und Heizleitern 5 eine Baueinheit, die als Modul bezeichnet wird. Das Modul ist zweckmäßigerweise so ausgeführt, dass es in einem herkömmlichen Gehäuse einer CVD-Beschichtungsvorrichtung angeordnet werden kann.The first 1 and the second electrode 6 can additionally be firmly connected to each other via supports and with the interposition of electrical insulation means. The supports and the electrical insulation means are in 3 not shown. The In this case, the first electrode 1, the second electrode 6, the supports, and the electrical insulation means, together with the attached springs 4 and heating conductors 5, form a structural unit referred to as a module. The module is expediently designed so that it can be arranged in a conventional housing of a CVD coating device.

Die erste 1 und die zweite Elektrode 6 werden zum Beheizen der Heizleiter 5 mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden.The first 1 and the second electrode 6 are connected to a power source (not shown) to heat the heating conductor 5.

Der Heizleiterhalter kann eine Kühleinrichtung zum Kühlen der ersten und/oder zweiten Elektrode aufweisen.The heating conductor holder may have a cooling device for cooling the first and/or second electrode.

4 zeigt schematisch eine Anordnung zweier erfindungsgemäßer Heizleiterhalter in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats 9 mittels CVD. Das Substrat 9 ist dazu derart von den beiden Heizleiterhaltern umgeben, dass es beidseitig beschichtet werden kann. Das Substrat 9 und die beiden Heizleiterhalter sind beispielsweise jeweils vertikal angeordnet. Die weiteren apparativen Merkmale der Vorrichtung sind nicht dargestellt. Die Anordnung ist in einem gasdichten Gehäuse aufgenommen. Zum Evakuieren des Gehäuses ist eine Pumpe vorgesehen. Durch einen Stutzen kann wahlweise Reaktionsgas in das Gehäuse geführt werden. 4 schematically shows an arrangement of two heating conductor holders according to the invention in an apparatus according to the invention for coating a substrate 9 by means of CVD. The substrate 9 is surrounded by the two heating conductor holders in such a way that it can be coated on both sides. The substrate 9 and the two heating conductor holders are each arranged vertically, for example. The other apparatus features of the apparatus are not shown. The arrangement is accommodated in a gas-tight housing. A pump is provided for evacuating the housing. Reaction gas can optionally be fed into the housing through a nozzle.

5 zeigt schematisch eine horizontale Anordnung eines erfindungsgemäßen Heizleiterhalters in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats 9 mittels CVD. Die Heizleiter 2 erstrecken sich dabei innerhalb einer quer zur Schwerkraftrichtung verlaufenden Ebene. Das Substrat 9 ist im gezeigten Beispiel in Schwerkraftrichtung unterhalb des Heizleiterhalters angeordnet. 5 schematically shows a horizontal arrangement of a heating conductor holder according to the invention in an apparatus according to the invention for coating a substrate 9 by means of CVD. The heating conductors 2 extend within a plane running transversely to the direction of gravity. In the example shown, the substrate 9 is arranged below the heating conductor holder in the direction of gravity.

6 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beschichten eines Substrats oder mehrerer Substrate mit einer Diamantschicht mittels CVD. Die folgenden Schritte werden vorzugsweise nacheinander durchgeführt. 6 shows a flowchart of an exemplary method according to the invention for coating one or more substrates with a diamond layer using CVD. The following steps are preferably performed sequentially.

Im Schritt S01 wird das Gehäuse evakuiert.In step S01 the housing is evacuated.

Im Schritt S02 wird eine Wasserstoff und einen gasförmigen Kohlenstoffträger enthaltende reaktive Gasatmosphäre im Gehäuse erzeugt. Die reaktive Gasatmosphäre weist einen Druck von beispielsweise 10 mbar auf. Die reaktive Gasatmosphäre enthält beispielsweise 95 Vol.-% an Wasserstoff. Zur Herstellung der Diamantschicht wird als Kohlenstoffträger beispielsweise Methan in einer Konzentration von 5 Vol.-% verwendet.In step S02, a reactive gas atmosphere containing hydrogen and a gaseous carbon carrier is generated in the housing. The reactive gas atmosphere has a pressure of, for example, 10 mbar. The reactive gas atmosphere contains, for example, 95 vol.% hydrogen. To produce the diamond layer, methane, for example, is used as the carbon carrier at a concentration of 5 vol.%.

Im Schritt S03 werden die Heizleiter von der Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von beispielsweise 2100°C für eine Haltezeit von beispielsweise 150 Stunden aufgeheizt.In step S03, the heating conductors are heated from the ambient temperature to a temperature of, for example, 2100°C for a holding time of, for example, 150 hours.

Im Schritt S04 werden die Heizleiter auf Umgebungstemperatur abgekühlt.In step S04 the heating elements are cooled to ambient temperature.

Im Schritt S05 wird das Gehäuse evakuiert.In step S05 the housing is evacuated.

Im Schritt S06 wird das Gehäuse belüftet.In step S06 the housing is ventilated.

Im Schritt S07 wird das mit Diamant beschichtete Substrat bzw. werden die mit Diamant beschichteten Substrate entnommen.In step S07, the diamond-coated substrate(s) are removed.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann an der/den erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung(en) bzw. am/an den erfindungsgemäßen Heizleiterhalter(n) vorteilhafterweise auch dauerhaft eine hohe elektrische Leitfähigkeit bereitgestellt werden. Es kommt zu einer homogenen Stromverteilung auf die einzelnen Heizleiter. Dadurch kann vorteilhafterweise das die Heizleiter umgebende Gas homogen angeregt werden und das Substrat homogen beschichtet werden.In the method according to the invention, a high level of electrical conductivity can advantageously be permanently provided at the contact device(s) according to the invention or at the heating conductor holder(s) according to the invention. This results in a homogeneous current distribution among the individual heating conductors. This advantageously allows the gas surrounding the heating conductors to be homogeneously excited and the substrate to be coated homogeneously.

Vorteilhafterweise kann ein Zusammenwachsen von Heizleiter und Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich verhindert werden. Dadurch bleibt die Beweglichkeit der Heizleiter relativ zum Kontaktpunkt bzw. Kontaktbereich erhalten. Die Heizleiter weisen daher eine hohe Lebensdauer auf. Somit ist das aufwändige und kostenintensive Wechseln der Heizleiter im Heizleiterhalter vorteilhafterweise nur selten erforderlich.Advantageously, the fusion of the heating conductor and the contact point or contact area can be prevented. This preserves the flexibility of the heating conductor relative to the contact point or contact area. The heating conductors therefore have a long service life. This advantageously means that the time-consuming and costly replacement of the heating conductors in the heating conductor holder is rarely necessary.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontakteinrichtung(en) bzw. des/der Heizleiterhalter(s) erlaubt eine sehr lange Betriebsdauer im Bereich von 100 bis 500 Stunden, insbesondere im Bereich von 200 bis 500 Stunden. Die Betriebsdauer kann sich dabei auf eine einzige Einzelfahrt beziehen, wobei die Betriebsdauer gleich der Haltezeit der Einzelfahrt ist, oder auf mehrere Einzelfahrten beziehen, wobei sich die Betriebsdauer als Summe der jeweiligen Haltezeiten ergibt. Dadurch sind vorteilhafterweise Beschichtungen mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid mit geringem Aufwand und geringen Kosten herstellbar.The inventive design of the contact device(s) or the heating conductor holder(s) allows for a very long operating time in the range of 100 to 500 hours, particularly in the range of 200 to 500 hours. The operating time can refer to a single individual run, where the operating time is equal to the holding time of the individual run, or to several individual runs, where the operating time is the sum of the respective holding times. This advantageously allows coatings with diamond, silicon, or silicon carbide to be produced with little effort and low cost.

Für den Fachmann ist klar, dass die oben genannten Ausführungsformen der Kontakteinrichtung, des Heizleiterhalters, der Vorrichtung und des Verfahrens beliebig miteinander kombiniert werden können und keine Einschränkung darstellen, insbesondere nicht in ihrer Gestaltung und Kombination.It is clear to the person skilled in the art that the above-mentioned embodiments of the contact device, the heating conductor holder, the device and the method can be combined with one another as desired and do not represent any restriction, in particular not in their design and combination.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
erste Elektrodefirst electrode
22
erste Tragstrukturfirst supporting structure
33
erste Kontaktschienefirst contact rail
3a3a
Schleifkontakt an erster KontaktschieneSliding contact on first contact rail
44
FederFeather
55
Heizleiterheating conductor
5a5a
Biegung des HeizleitersBending of the heating conductor
66
zweite Elektrodesecond electrode
77
zweite Tragstruktursecond supporting structure
88
zweite Kontaktschienesecond contact rail
8a8a
Schleifkontakt an zweiter KontaktschieneSliding contact on second contact rail
99
SubstratSubstrat

Claims (19)

Kontakteinrichtung für eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats (9) mittels CVD, umfassend einen Heizleiter (5) und eine Elektrode (1,6), wobei die Elektrode (1,6) einen Kontaktbereich aufweist, wobei der Heizleiter (5) durch die Wirkung einer Federkraft und/oder Gewichtskraft mechanisch gespannt gehalten wird und durch die Wirkung der Federkraft und/oder Gewichtskraft eine zur Elektrode (1,6) hin ausgerichtete Kontaktkraft erfährt, so dass der Heizleiter (5) die Elektrode (1,6) im Kontaktbereich unter Ausbildung eines Schleifkontakts (3a,8a) berührt, wobei der Kontaktbereich aus einem ersten Werkstoff besteht und/oder den ersten Werkstoff als Beschichtung auf einem zweiten Werkstoff aufweist, und wobei der erste Werkstoff zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Metall besteht, welches metastabile Karbide bildet.Contact device for a device for coating a substrate (9) by means of CVD, comprising a heating conductor (5) and an electrode (1, 6), wherein the electrode (1, 6) has a contact region, wherein the heating conductor (5) is held mechanically tensioned by the action of a spring force and/or weight force and, due to the action of the spring force and/or weight force, experiences a contact force directed towards the electrode (1, 6), so that the heating conductor (5) touches the electrode (1, 6) in the contact region, forming a sliding contact (3a, 8a), wherein the contact region consists of a first material and/or has the first material as a coating on a second material, and wherein the first material consists of 1 wt.% to 100 wt.% metal that forms metastable carbides. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Werkstoff zumindest zu 5 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise zu 10 Gew.-% bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 60 Gew.-% bis 100 Gew.-%, aus Metall besteht, welches metastabile Karbide bildet, und/oder wobei der erste Werkstoff zumindest zu 5 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise zu 10 Gew.-% bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 60 Gew.-% bis 100 Gew.-%, aus einem Metall oder mehreren Metallen ausgewählt aus Eisen, Nickel, Kobalt und Rhodium besteht.Contact device according to Claim 1 , wherein the first material consists of at least 5 wt.% to 100 wt.%, preferably 10 wt.% to 100 wt.%, particularly preferably 60 wt.% to 100 wt.%, of metal which forms metastable carbides, and/or wherein the first material consists of at least 5 wt.% to 100 wt.%, preferably 10 wt.% to 100 wt.%, particularly preferably 60 wt.% to 100 wt.%, of one metal or more metals selected from iron, nickel, cobalt and rhodium. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Werkstoff aus Stahl besteht, vorzugsweise aus austenitischem Stahl besteht, besonders bevorzugt aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl besteht.Contact device according to Claim 1 or 2 , wherein the first material consists of steel, preferably austenitic steel, particularly preferably austenitic chromium-nickel steel. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Werkstoff weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Promille, metastabile Karbide bildendes Metall enthält.Contact device according to one of the preceding claims, wherein the second material contains less than 1 wt.%, preferably less than 1 per mille, of metal forming metastable carbides. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Werkstoff aus Kupfer, vorzugsweise aus reinem Kupfer und/oder aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff hergestellt ist.Contact device according to one of the preceding claims, wherein the second material is made of copper, preferably of pure copper and/or of a dispersion-strengthened copper material. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heizleiter (5) aus einem karbidbildenden Metall, vorzugsweise aus W, Ta, Mo, Hf, Nb oder einer Legierung davon, und/oder aus einem aus einem karbidbildenden Metall gebildeten Karbid hergestellt ist.Contact device according to one of the preceding claims, wherein the heating conductor (5) is made of a carbide-forming metal, preferably of W, Ta, Mo, Hf, Nb or an alloy thereof, and/or of a carbide formed from a carbide-forming metal. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heizleiter (5) aus einer Mischung oder Kombination eines karbidbildenden Metalls und/oder eines daraus gebildeten Karbids mit einem anderen karbidbildenden Metall und/oder einem daraus gebildeten Karbid besteht, und/oder wobei der Heizleiter (5) eine Beschichtung aus einem karbidbildenden Metall und/oder einem daraus gebildeten Karbid auf einem anderen karbidbildenden Metall und/oder einem daraus gebildeten Karbid aufweist, wobei der Heizleiter (5) vorzugsweise eine Beschichtung aus Tantal und/oder Tantalkarbid auf Wolfram und/oder Wolframkarbid aufweist.Contact device according to one of the preceding claims, wherein the heating conductor (5) consists of a mixture or combination of a carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom with another carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom, and/or wherein the heating conductor (5) has a coating of a carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom on another carbide-forming metal and/or a carbide formed therefrom, wherein the heating conductor (5) preferably has a coating of tantalum and/or tantalum carbide on tungsten and/or tungsten carbide. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heizleiter (5) einen kreisförmigen oder vieleckigen, insbesondere rechteckigen, Querschnitt aufweist.Contact device according to one of the preceding claims, wherein the heating conductor (5) has a circular or polygonal, in particular rectangular, cross-section. Kontakteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heizleiter (5) eine größte Erstreckung im Querschnitt und/oder einen Durchmesser von weniger als 1 cm, vorzugsweise von 5 bis 500 µm, besonders bevorzugt von 100 bis 300 µm, aufweist.Contact device according to one of the preceding claims, wherein the heating conductor (5) has a greatest extension in cross section and/or a diameter of less than 1 cm, preferably from 5 to 500 µm, particularly preferably from 100 to 300 µm. Heizleiterhalter für eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats (9) mittels CVD, umfassend zumindest eine Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Heating conductor holder for a device for coating a substrate (9) by means of CVD, comprising at least one contact device according to one of the Claims 1 until 9 . Heizleiterhalter nach Anspruch 10, wobei der Heizleiterhalter eine erste (1) und eine zweite Elektrode (6) sowie eine Vielzahl sich jeweils zwischen der ersten (1) und der zweiten Elektrode (6) erstreckender Heizleiter (5) umfasst, wobei die erste (1) und/oder die zweite Elektrode (6) eine Vielzahl von Kontaktbereichen aufweist, wobei die Heizleiter (5) jeweils durch die Wirkung einer Federkraft und/oder Gewichtskraft mechanisch gespannt gehalten werden und jeweils durch die Wirkung der Federkraft und/oder Gewichtskraft eine zur ersten Elektrode (1) hin ausgerichtete Kontaktkraft und/oder eine zur zweiten Elektrode (6) hin ausgerichtete Kontaktkraft erfahren, so dass jeder einzelne Heizleiter (5) die erste (1) und/oder die zweite Elektrode (6) in einem diesem Heizleiter (5) zugeordneten Kontaktbereich unter Ausbildung eines Schleifkontakts (3a,8a) berührt, wobei die Kontaktbereiche jeweils aus dem ersten Werkstoff bestehen und/oder den ersten Werkstoff als Beschichtung auf dem zweiten Werkstoff aufweisen, und dass der erste Werkstoff zu 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Metall besteht, welches metastabile Karbide bildet.Heating element holder according to Claim 10 , wherein the heating conductor holder comprises a first (1) and a second electrode (6) as well as a plurality of heating conductors (5) each extending between the first (1) and the second electrode (6), wherein the first (1) and/or the second electrode (6) has a plurality of contact areas, wherein the heating conductors (5) are each connected by the action of a spring force and/or weight force and each experience a contact force directed towards the first electrode (1) and/or a contact force directed towards the second electrode (6) due to the effect of the spring force and/or weight force, so that each individual heating conductor (5) touches the first (1) and/or the second electrode (6) in a contact area assigned to this heating conductor (5) to form a sliding contact (3a, 8a), wherein the contact areas each consist of the first material and/or have the first material as a coating on the second material, and that the first material consists of 1 wt.% to 100 wt.% of metal which forms metastable carbides. Heizleiterhalter nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Heizleiterhalter als Modul ausgeführt ist.Heating element holder according to Claim 10 or 11 , whereby the heating element holder is designed as a module. Heizleiterhalter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Kühleinrichtung zum Kühlen der ersten (1) und/oder zweiten Elektrode (6) vorgesehen ist.Heating element holder according to one of the Claims 10 until 12 , wherein a cooling device is provided for cooling the first (1) and/or second electrode (6). Heizleiterhalter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Heizleiterhalter sich in einer Ebene erstreckt oder eine Biegung und/oder eine zylindrische Form und/oder eine konische Form aufweist.Heating element holder according to one of the Claims 10 until 13 , wherein the heating conductor holder extends in a plane or has a bend and/or a cylindrical shape and/or a conical shape. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats (9) mittels CVD, insbesondere zum Beschichten mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse umfasst, in dem zumindest eine Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder zumindest ein Heizleiterhalter nach einem der Ansprüche 10 bis 14 vorgesehen sind.Device for coating a substrate (9) by means of CVD, in particular for coating with diamond or silicon or silicon carbide, wherein the device comprises a housing in which at least one contact device according to one of the Claims 1 until 9 and/or at least one heating conductor holder according to one of the Claims 10 until 14 are provided. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei zumindest ein Heizleiterhalter derart in der Vorrichtung angeordnet ist, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter (5) entlang der Schwerkraftrichtung verläuft, und/oder wobei zumindest ein Heizleiterhalter derart in der Vorrichtung angeordnet ist, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter (5) quer zur Schwerkraftrichtung verläuft, und/oder wobei zumindest ein Heizleiterhalter derart in der Vorrichtung angeordnet ist, dass die Richtung der Längserstreckung der Heizleiter (5) einen Winkel zwischen 0° und 90° mit Schwerkraftrichtung bildet.Device according to Claim 15 , wherein at least one heating conductor holder is arranged in the device such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors (5) runs along the direction of gravity, and/or wherein at least one heating conductor holder is arranged in the device such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors (5) runs transversely to the direction of gravity, and/or wherein at least one heating conductor holder is arranged in the device such that the direction of the longitudinal extent of the heating conductors (5) forms an angle between 0° and 90° with the direction of gravity. Verfahren zum Beschichten eines Substrats (9) mittels CVD, insbesondere zum Beschichten mit Diamant oder Silizium oder Siliziumkarbid, wobei unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16 die folgenden Schritte durchgeführt werden: a) Erzeugen einer Wasserstoff und einen gasförmigen Kohlenstoff- und/oder Siliziumträger enthaltenden reaktiven Gasatmosphäre im Gehäuse, b) Aufheizen der Heizleiter (5) von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur im Bereich von 1500°C bis 2600°C für eine Haltezeit von 0,1 bis 500 Stunden durch Anlegen einer elektrischen Leistung an die Heizleiter (5), c) Wegnahme der elektrischen Leistung.Method for coating a substrate (9) by means of CVD, in particular for coating with diamond or silicon or silicon carbide, wherein using a device according to Claim 15 or 16 the following steps are carried out: a) generating a reactive gas atmosphere containing hydrogen and a gaseous carbon and/or silicon carrier in the housing, b) heating the heating conductors (5) from ambient temperature to a temperature in the range from 1500°C to 2600°C for a holding time of 0.1 to 500 hours by applying an electrical power to the heating conductors (5), c) removing the electrical power. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die reaktive Gasatmosphäre Bor und/oder Phosphor und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff enthält, und/oder wobei die reaktive Gasatmosphäre einen Druck von weniger als 1000 mbar aufweist, vorzugweise einen Druck von 1 bis 100 mbar aufweist, besonders bevorzugt einen Druck von 1 bis 20 mbar, aufweist, und/oder wobei die reaktive Gasatmosphäre 90 bis 99,5 Vol.-% an Wasserstoff enthält.Procedure according to Claim 17 , wherein the reactive gas atmosphere contains boron and/or phosphorus and/or nitrogen and/or oxygen, and/or wherein the reactive gas atmosphere has a pressure of less than 1000 mbar, preferably a pressure of 1 to 100 mbar, particularly preferably a pressure of 1 to 20 mbar, and/or wherein the reactive gas atmosphere contains 90 to 99.5 vol.% of hydrogen. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Heizleiter (5) im Schritt b) auf eine Temperatur im Bereich von 1800°C bis 2500°C aufgeheizt werden, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 1900°C bis 2300°C aufgeheizt werden, und/oder wobei die Heizleiter (5) im Schritt b) für eine Haltezeit von 1 bis 100 Stunden aufgeheizt werden, vorzugsweise für eine Haltezeit von 3 bis 50 Stunden aufgeheizt werden.Procedure according to Claim 17 or 18 , wherein the heating conductors (5) are heated in step b) to a temperature in the range from 1800°C to 2500°C, preferably to a temperature in the range from 1900°C to 2300°C, and/or wherein the heating conductors (5) are heated in step b) for a holding time of 1 to 100 hours, preferably for a holding time of 3 to 50 hours.
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