用于在薄膜气相沉积装置中计量粒状源材料的装置的制作方法

专利名称：用于在薄膜气相沉积装置中计量粒状源材料的装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及薄膜沉积系统的领域，在该薄膜沉积系统中，诸如半导体层的薄膜层沉积在被传送通过该系统的基底上。更特定而言，本发明涉及供给系统中的计量装置，该供给系统配置成将粒状源材料自动地导入气相沉积装置中而不中断真空过程。
背景技术：
基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)作为光反应成分的薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳电池板”)在工业中正获得广泛的认可和兴趣。CdTe是具有特别适合用于将日光(太阳能)转化为电的性能的半导体材料。使用CdTe PV模块的太阳能系统在每瓦产生的功率的成本方面通常被认为是最具成本效益的市场可得到的系统。然而，CdTe的优点经不起考验，可持续的商业开发和接受太阳能作为工业或居民用电的补充来源或主要来源取决于以较大规模并以具成本效益的方式生产高效PV模块的能力。·某些因素在模块的成本和发电能力方面极大地影响CdTe PV模块的效益。例如，CdTe是相对昂贵的，并且因此该材料的高效利用(即最低浪费)是主要成本因素。此外，以经济上合理的商业规模加工相对较大的基底的能力是至关重要的考虑因素。在真空下将粒状CdTe材料供给到经加热的气相沉积头中的一个固有问题是，剂量不规则可导致随后形成在玻璃基底上的薄膜层的不规则。例如，过大的剂量可导致CdTe蒸气的升华和作为结果的在基底上的扩散，从而波动到产生薄膜不规则的这种程度。因此，在工业中持续地存在着对于用于在PV模块特别是CdTe模块的大规模生产中向气相沉积装置供给粒状源材料的装置和方法的改进的需要。本发明涉及服务于该目的的供给系统。

发明内容
本发明的方面和优点将部分地阐述在下文的描述中，或者根据该描述可能是明显的，或者可通过实践本发明来学习。根据本发明的方面，提供了供给系统的一实施例，用于将测定剂量的源材料连续地供给至气相沉积装置中的沉积头，源材料在气相沉积装置中升华并作为薄膜沉积在诸如光伏(PV)模块基底的基底上。“薄”膜在本领域中一般理解为厚度小于10微米(μ )。该供给系统包括可再填充的散料料斗以及布置成从该料斗接收源材料并将该源材料移送到真空锁定室中的上剂料容器。移送机构布置在真空锁定室的下游，并且配置成将源材料移送到下游的沉积头，同时隔离沉积头内的沉积状态并阻止升华的材料向上游扩散到供给系统。计量机构可操作地布置在真空锁定室与移送机构之间，并且包括布置成从下剂料容器接收源材料的接收器，该接收器具有出口。计量机构中的静止排出端口从接收器出口轴向地偏移。具有贯通其限定的通路的往复式递送部件布置在接收器下方，并且可控驱动装置配置成使该递送部件在该通路与接收器出口对准的负载位置和该通路与排出端口对准的排出位置之间沿往复路径移动。这样，经由计量机构从下剂料容器移送到移送机构的源材料的量是通路的体积和递送部件的往复速率的函数。在一特定实施例中，接收器是漏斗且递送部件是在漏斗的出口下方沿往复路径移动的板或其它形状的部件。任何合适的驱动机构可与递送部件一起配置。在一特定实施例中，驱动机构是气
动活塞/缸配直。
冲程限制器在用于检测接收器的过满状态的位置可操作地配置在递送部件上并且稍微限制递送部件的全冲程直到过满状态被清除，其中受限制的冲程仍从通路排出全部量的源材料。在一特定实施例中，冲程限制器是机械探头/传感器，其布置在接收器上方的位置，以便接合接收器中的溢流源材料并因此限制递送部件的全冲程直到源材料退至接收器的上唇部下方。在又一实施例中，计量机构可包括检测递送部件在全冲程中何时已循环的冲程传感器。该冲程传感器可与驱动部件一起配置。例如，该传感器可以是定位成检测气动递送部件中的空气活塞的全范围移动的限制开关。控制器可与冲程传感器和下剂料容器通信，其中，在从冲程传感器接收到限定数量的全冲程信号后，控制器向剂料容器发送控制信号，以将测定剂量的源材料递送到接收器。在该供给系统内，下剂料容器可布置在真空锁定室中，该真空锁定室可由可按顺序操作的真空锁定阀限定。计量机构和移送机构位于真空锁定室的下游。在一特定实施例中，下游移送机构可包括具有入口和出口的主体以及与入口对准的第一缸和与出口对准的第二缸。第一缸和第二缸具有限定在其中的扇形凹部并可按顺序旋转，使得来自入口的源材料由第一缸凹部接收且通过第一缸的旋转而移送到第二缸凹部。第二缸可随后旋转而将第二缸凹部中的源材料递送到出口。凹部旋转地偏移，使得缸阻止了出口和入口之间的升华的源材料在缸的所有可旋转位置的扩散。本发明还涵盖了一种配置成用于将测定剂量的粒状材料从第一位置移送到第二位置的独立计量机构。该计量机构可在期望移送计量剂量的源材料的任何应用或加工线中具有实用性，并且不局限于在气相沉积系统中的应用。该计量机构包括布置成从第一位置接收粒状材料的带出口的接收器。排出端口从该接收器出口轴向地偏移。具有贯通其限定的通路的往复式递送部件由可控驱动装置(例如气动驱动装置)以往复方式在该通路与接收器出口对准的负载位置和该通路与排出端口对准的排出位置之间驱动。通过这种配置，从第一位置移送到第二位置的粒状材料的量是通路的体积和递送部件的往复速率的函数。该计量机构可包括任何上述特征，包括冲程限制器和与控制器一起配置的全冲程传感器。本发明还涵盖了一种气相沉积装置，其用于将升华的源材料作为薄膜真空沉积在传送通过该装置的基底上。该装置包括沉积头和传送器组件，沉积头限定了沉积室，供应至沉积头的源材料在该沉积室中升华，传送器组件可操作地布置在沉积头下方，以传送基底通过该装置，同时将升华的源材料的薄膜沉积到基底的上表面上。提供了一种用于计量到沉积头的源材料的供给系统。该供给系统可与上述和下文更详细描述的实施例一致。上述供给系统、计量机构以及气相沉积装置的实施例的变型和修改在本发明的范围和精神内并且可在本文中进一步描述。参考下文的描述和所附权利要求，本发明的这些及其它的特征、方面和优点将变得更好理解。


本发明的全面且能够实现的公开，包括其最佳模式，阐述在参考了附图的说明书中，在附图中
图I是可并入气相沉积装置的实施例的系统的平面图，该气相沉积装置并入了根据本发明的方面的源材料供给系统；
图2是源材料供给系统的一特定实施例的局部截面 图3是计量机构的一实施例的外部透视 图4是计量机构的一实施例的截面图；以及 图5是移送机构的一实施例的截面图。 构件列表
10系统
12真空室 14基底 16加热器模块 18加热器 20冷却模块 22后加热模块 24传送器系统 26负载传送器 28负载模块 30缓冲模块 32低真空泵 34 阀
36致动机构 38闻真空栗 40真空泵 42出口缓冲模块 44出口锁定模块 46出口传送器 48传送器 50控制器 52系统控制器 54传感器 60气相沉积装置 62沉积头 64沉积室 66容器72分配器73排出端口74热电偶76端壁78分配歧管80上壳部件82下壳部件88分配板90闸板92致动机构100供给系统
102料斗(hopper)
103出口
104上剂料容器106下剂料杯108真空锁定室110上游真空锁定阀112下游真空锁定阀
115漏斗(funnel)
116溜槽(chute)
118盘
120振动溜槽122封罩124过滤器
126 通风抽吸器(vent suction)
128填充端口
130外部源
132移送机构
134主体
136 入口
138 出口
140 第一缸(cylinder)
142第二缸144第一缸凹部146第二缸凹部148释放机构150加热器154维护阀
156 给料器秤盘(feeder scale)162空气系统 164输送机构 166门 170加热器 200计量机构 202外罩 204 人口 206 出口 208接收器 212 出口 214排出端口 216递送部件 220板
222驱动装置 223空气管 224缸 226活塞 227 O形环 228连杆 229真空膜盒 230冲程限制器 232臂
234 鼻部(nose)
236壁 238控制器 240冲程传感器。
具体实施例方式现在将详细地提及本发明的实施例，这些实施例的一个或更多示例在附图中示出。以本发明的解释而不是本发明的限制的方式提供每个示例。事实上，对于本领域的技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的范围或 精神的情况下，可以在本发明中做出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。因此，当落入所附权利要求及其等同的范围内时，本发明意图涵盖这样的修改和变型。本发明的方面涉及于2010年I月7日提交的共同未决的序列号为12/683,831的美国专利申请的主题，该申请为所有目的通过引用并入本文中。图I示出了可并入根据本发明的方面的源材料供给系统100的气相沉积系统10的实施例，该源材料供给系统100特别地作为气相沉积装置或模块60的构件。系统10配置成用于将薄膜层沉积在光伏(PV)模块基底14(在下文中称为“基底”)上。该薄膜可以是例如碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、其它半导体材料或者需要精确的体积计量的其它加工材料的膜层。如所述，在本领域中一般认为PV模块基底上的“薄”膜层通常小于约10微米(μ m)。应当意识到，所提出的供给系统100并不限于用在图I所示的系统10中，而是可以并入到配置成用于将薄膜层气相沉积到PV模块基底14或其它基底上的任何合适的加工线中。为了参照并理解可以使用所提出的源材料供给系统100的环境，下文描述了图I的系统10，随后是供给系统100的详细描述。参照图1，示范性系统10包括由多个互连模块限定的真空室12，所述多个互连模块包括限定了预热区段的加热器模块16 (带有受控加热器18)，基底14被传送通过该预热区段并在传送到气相沉积装置60中之前被加热到期望温度。气相沉积装置60下游的多个互连冷却模块20在真空室12内限定了冷却区段，在该冷却区段中允许具有沉积在其上的升华的源材料的薄膜的基底14在从系统10被移除之前以受控冷却速率冷却。在图示的系统10的实施例中，至少一个后加热模块22直接位于气相沉积装置60·的下游和冷却模块20之前，以在基底被传送出装置60时将基底14的温度维持在与基底14在气相沉积装置60内的剩余部分基本上相同的温度。仍参照图1，单独的基底14最初被安放在负载传送器26上，且随后移动到包括负载模块28和缓冲模块30的入口真空锁定站中。“低”(即初始)真空泵32、“高”(即最终)真空泵38以及阀34(带有致动机构36)与用于将基底14从负载传送器26通过负载模块28和缓冲模块30移动到真空室12中而不影响室12内的真空的模块一起配置。高真空泵40和维持泵(process pump) 41维持真空室12中的真空状态。出口真空锁定站配置在最末冷却模块20的下游，且基本上以与上文所述的入口真空锁定站相反的方式运行。例如，出口真空锁定站可包括出口缓冲模块42、下游出口锁定模块44、按顺序运行的阀34以及出口传送器46，该出口传送器46连同高真空泵38和低真空泵32 —起运行，以将基底14逐步地从真空室12移出到系统10外部的大气压而不损失真空室12内的真空状态。系统10还包括传送器系统，该传送器系统配置成将基底14移动到真空室12内、通过真空室12以及从真空室12出来。在图示的实施例中，该传送器系统包括多个单独受控的传送器48，其中各个模块中的每一个均包括传送器48之一。气相沉积装置60可包括专用传送器系统24，该专用传送器系统24被具体设计成传送基底通过装置60，用于将升华的源材料高效地沉积到基底14的表面上。如所述，系统10中的各个模块和相应传送器中的每一个均被独立地控制以执行特定功能。对于这种控制，单独的模块中的每一个均可具有与其一起配置的相关联的独立控制器50，以控制相应模块的各个功能。多个控制器50继而可与中央系统控制器52通信，如图I中所示。中央系统控制器52可监测并控制(经由独立控制器50)模块中的任一个的功能，以便在通过系统10对基底14进行处理时实现全部期望的加热速率、沉积速率、冷却速率、基底传送速度等。参照图1，为了单独的相应传送器48的独立控制，模块中的每一个均可包括任何方式的有源或无源传感器54，其在基底14被传送通过模块时检测它们的存在。传感器54与相应的模块控制器50通信，模块控制器50继而与中央控制器52通信。这样，单独的相应传送器48可被控制，以确保维持基底14之间的适当间距并以期望的恒定或可变的传送速率将基底14传送至真空室12中、通过真空室12以及从真空室12出来。真空沉积装置60可采取在本发明的范围和精神内的各种配置和操作原理，并且通常配置成用于将升华的源材料(如CdTe)作为薄膜气相沉积在PV模块基底14上。在图I所示的系统10的实施例中，装置60是包括外壳的模块，内部构件，包括安装在传送器组件24上方的真空沉积头62 (图2)，被容纳在该外壳中。参照图2，沉积头62限定了内部真空沉积室64，在其中容器66被配置成用于经由供给管从供给系统100接收粒状源材料(未示出)，该供给管连接到布置在沉积头62的顶壁中的开口中的分配器72 (带有排出端口 73)。热电偶74在操作上布置成穿过沉积头62的顶壁，以监测与容器66相邻或在容器66中的头室内的温度。 受热分配歧管78布置在容器66下方，并且可具有包括上壳部件80和下壳部件82的蛤壳型配置。匹配的壳部件80、82限定了在其中布置加热元件的空腔，加热元件将分配歧管78加热到足以间接地加热容器66内的源材料而导致源材料升华的程度(连同可围绕沉积头62的额外加热元件)。受热分配歧管78包括用于朝下方的基底14均匀地分配升华的源材料的贯通其限定的多个通路。分配板88在下方基底14的上表面的水平面上方的限定距离处布置在歧管78下方，并且包括贯通其的某种样式的孔或通路，这些孔或通路以确保升华的源材料的分配的进一步均匀的方式进一步分配经过分配歧管78的升华的源材料。此外，分配板88从分配歧管78接收热量到足以防止源材料在分配板88上凝结和积聚的程度，从而防止穿过板88的通路的堵塞。仍参照图2，可移动闸板90布置在分配歧管78上方。该闸板90包括贯通其限定的多个通路，在闸板90的第一操作位置，这些通路与分配歧管78中的通路对准，使得升华的源材料自由地流动通过闸板90并通过分配歧管78，以随后穿过板88而分配。闸板90可移动到第二操作位置，在该第二操作位置，通路与分配歧管78中的通路未对准。在该配置中，升华的源材料被阻止经过分配歧管78，并且基本上被包含在沉积头62的内部体积内。任何合适的致动机构92可配置成用于使闸板90在第一和第二操作位置之间移动。如在图I中概略示出的，供给系统100与气相沉积装置60 —起配置，以供应源材料，诸如粒状CdTe。供给系统100供应源材料而不中断装置60内的连续气相沉积过程或基底14穿过装置60的传送。为了获得沉积在基底14上的薄膜层的一致厚度和品质，期望连续地供给并维持沉积头62内的材料的设定水平。参照图2，在图示的实施例中，供给系统100包括散料(bulk material)料斗102，其具有用于接收处于固体形式(如粒状、丸状或粉末形式)的源材料的大小和形状。如上所述，源材料例如可以是CdTe，其最终在沉积头62的室64中升华并作为薄膜层沉积在下方的基底14上(图I)。在图示的实施例中，料斗102具有大体截顶形状或漏斗形状，带有从外部供应130 (如罐或鼓)接收源材料的匹配至填充端口 128的扩大入口。料斗102渐缩至出口 103。来自料斗102的源材料沉积在输送机构164中，该输送机构164将源材料传送到上剂料容器104，该上剂料容器104可以是杯形部件。在图示的实施例中，输送机构164包括振动溜槽120，该振动溜槽120以预定频率振动，以便使粒状源材料可靠且一致地沿着溜槽120的长度移动。在典型的运行中，将以特定的时间间隔激活振动，在间隔之间有停顿。将按需要设定时间间隔，以匹配下游剂料杯104的填充容量，如下文所述。辐射式加热器159可布置在振动溜槽120上方并且可用于在粒状源材料沿振动溜槽120移动时“烘烤”该粒状源材料。该过程用于从源材料除去任何过量水分，以便减小这种水分可能对最终沉积过程产生的任何不利影响。振动溜槽120将源材料传送到上剂料容器104上方的位置。剂料容器104例如可以被限定为溢流溜槽116的上部中的端部开口的缸。容器104具有内部体积，使得当容器
104满时在容器104内包含精确测定剂量的源材料。剂料容器104可以配置成在需要不同的总剂量大小的情况下体积是可调的。溢流溜槽116作为对抗剂量过大和导致供给系统100的下游构件的故障的额外保护是理想的。收集盘118配置成收集来自溢流溜槽116的材料。释放机构148与上剂料容器104配置在一起，从而一旦容器已被源材料足够地填 充便从容器104释放源材料。释放机构148可采取各种配置，并且在图示的实施例中包括安装在可旋转杆上的铰接板或活板门(trap door) 166。板166靠着上剂料容器104的开口端(底部)偏置，并且一旦容器104被源材料填满，板166便旋转而将源材料从容器104释放到漏斗115或其它适当形状的接收器中。板166可以由马达或其它致动机构在适当的时间和间隔驱动，以确保当上真空锁定阀110打开时测定剂量的源材料以与供给顺序的时点同步的方式被连续且循环地传送(下落)到漏斗115中。再次参照图2，封罩122限定了围绕料斗102和供给系统100的各种其它构件的受控空间。封罩122由限定了围绕构件的基本上密封的环境的任何合适结构形成。经由通风抽吸器126在封罩122的内部体积中维持抽吸，通风抽吸器126将空气通过入口过滤器124抽入封罩122中。这种通过封罩122的通风气流确保了任何源材料灰尘或其它颗粒被外部通风系统捕集并过滤，从而在工作环境中不存在环境或健康担忧。仍参照图2，可能期望包括与料斗102—起配置用于各种控制功能的重量秤盘156。例如，重量秤盘156可用于控制从外部源130供应到料斗102中的源材料的量，特别是因为料斗102从封罩122的外侧是不可见的。重量秤盘156还可用于计算平均剂量重量并保持沉积系统内持续进行的源材料消耗的跟踪。下剂料容器(“杯”)106布置在上剂料杯104下游的真空锁定室108中。下剂料杯106从上剂料杯104接收测定剂量的源材料，并最终以不中断沉积头62内的真空或沉积过程的方式将该测定剂量的材料移送到下游。上剂料杯104设计成小于下剂料杯106，以确保下剂料杯106不会过满，这种过满可能导致下游真空锁定阀由于阀被源材料颗粒污染而失效。在图2所示的实施例中，真空锁定室108被限定在上游真空锁定阀110与下游真空锁定阀112之间。图2的实施例还包括在真空锁定阀112下游的维护阀154。维护阀154可以在沉积头62的连续真空运行期间用于为定期清洁而隔离真空锁定阀112和上游供给系统100的所有部分，而不需要使沉积头62通气到大气并中断沉积涂覆过程。这些真空锁定阀110、112和维护阀154可以是由例如外部空气供应162、马达驱动装置或其它合适致动部件致动的常规闸式真空阀。在操作中，上真空锁定阀110最初打开，下真空锁定阀112关闭，并且维护阀154保持打开。来自上剂料杯104的测定剂量的源材料行进通过漏斗接收器115，穿过上真空锁定阀110，并进入下剂料杯106中。在该点，上真空锁定阀110关闭并且由通过与室108一起配置的真空端口 158进行抽吸的一个或多个真空泵152的任何合适组合在阀110、112之间的室或空间中抽真空。例如，真空泵配置152可包括在室108中抽初始真空的初始或“粗”泵，以及在室108中抽吸与下游沉积头62内的真空基本上匹配的最终真空的“细”或“高真空”泵。在这方面可以利用任何合适的真空泵配置。在特定实施例中，阀110、112被配置为双重密封闸阀。当真空压力在真空锁定室108与下游沉积头62之间已经相等时，下真空锁定阀112打开且下剂料杯106旋转而倾倒源材料，源材料借助重力被传送到下游的计量机构200 (下文更详细地描述)。在短时间延迟之后，下剂料杯106旋转至其直立位置且下真空锁定阀112关闭。真空锁定室108然后通风，并且一旦该室处于大气压，上真空锁定阀110便打开并且该循环针对来自上剂料杯104的另一剂源材料而重复。在其中利用了真空锁定阀112 (阀110、112和154为双重密封闸阀)的图2所示的实施例中，期望在闸阀110、112和154关闭时利用它们的相对的两个密封件之间的真空泵送来提供额外的可靠性，以通过闸阀座中的一个或两个在意外的源材料颗粒导致泄漏的 情况下使连续运行成为可能。这通常被称为“差别泵送”。如在图3和图4中更详细地示出的，计量机构200布置在下剂料杯106的下游，以接收测定剂量的源材料并最终以受控的排出速率将源材料移送到下游的移送机构132。图3和图4描绘了计量机构200的实施例。在该实施例中，机构200包括限定了入口 204和出口 206的外罩202，入口 204用于从上游的上剂料容器104接收源材料，源材料以受控速率通过出口 206排出到下游的移送机构132。计量机构200包括接收器208，在图示的实施例中，该接收器208是具有出口 212的漏斗形部件。接收器208布置成从入口 204接收源材料。计量机构200包括布置在接收器208下方的往复式递送部件216。在图示的实施例中，往复式递送部件216由具有限定在其中的通路218的轴、板或其它形状的部件220限定。通路218具有用于在图4所示的轴220的负载位置从接收器208接收限定量的源材料的具体体积。排出端口 214被静止地限定在外罩202内并从接收器208的出口 212轴向地偏移。排出端口 214与出口 206连通。可控驱动装置222与计量机构200 —起配置成使递送部件216在如由图4中的箭头所示的往复式来回路径中移动。因此，参照图4，在递送部件216的负载位置，通路218从接收器208接收源材料的装料。递送部件216随后被驱动装置222向右驱动直到通路218在递送部件216的全冲程中与排出端口 214对准。在该排出位置，通路218内的源材料通过排出端口 214下落并通过出口 206排出到下游的移送机构132。应当意识到，任何方式的合适的驱动机构222可配置成为递送部件216提供往复驱动。在图示的实施例中，驱动装置222是气动装置，其中活塞226在缸224内沿往复路径被驱动。空气管223设置在活塞226的相对侧，以沿任一方向驱动活塞。在其它实施例中，驱动装置222可以是电马达、液压系统、电子机械系统等，并且图中所示和文中所述的气动驱动装置仅仅是为了说明的目的。再次参照图4，应当意识到，任何方式的连杆228可配置在活塞226的驱动端和轴220之间，如图中大体所示。还可以提供各种O形环密封件227，以适应连杆在外罩202内的往复运动。还可以在外罩202内的构件周围提供真空膜盒229，以帮助确保在该装置的输送源材料的操作端中维持真空。在图中所示的独特实施例中，计量机构200可包括冲程限制器230，其用于在接收器208内检测到过满状态时防止轴220的全冲程。该冲程限制器230可以是任何合适的感知装置，诸如光学检测器，或其它合适的电子探测器。在图中所示的实施例中，冲程限制器230是包括在其一端具有传感器鼻部234的臂232的机械装置。臂232通过任何合适的机械连接连结到驱动递送部件216的连杆，以便连同递送部件216移动。臂232和鼻部234稍微布置在接收器208的顶部上方。如果在接收器208内产生源材料的过满状态，则源材料将在接收器的上唇部上方延伸并且将在臂232沿往复路径移动时由鼻部234接合。源材料将变成“卡”在鼻部234与外罩202的壁236中的在接收器208的上唇部上方延伸的任意一个之间，因此将防止递送部件216的全冲程直到溢流的源材 料通过下落到接收器208中而被清除。这样，防止了轴220的全冲程，但是通路218仍将在接收器出口 212内完全对准，从而仍完成源材料到通路218中的全部移送。在多个冲程后，溢流的源材料减少并且递送部件216将再次行进全冲程。仍参照图4，可以由与可控装置222 —起配置的任何方式的冲程传感器240来检测递送部件216的部分冲程。例如，在驱动装置222是气动驱动活塞226的实施例中，可以提供限制开关作为冲程传感器240，其可由活塞226中的磁环触发。这些传感器被定位成使得由源材料的溢流状态导致的递送部件216的部分冲程将不会被检测到，但是全冲程将会被检测到。参照图2，控制器238可设置成与冲程传感器240以及上剂料容器104和下剂料容器106通信。控制器可配置成使得在从冲程传感器240接收到限定数量的全冲程信号之后，控制器238将向下剂料容器106发送控制信号，以将下一测定剂量的源材料递送到接收器208中。因此，来自上剂料容器106的配料是“按需的”，并且防止了源材料在计量机构200上方的过度累积。控制器238还可与空气源162、闸阀110、112以及移送机构132控制通信，以如文中所述对构件进行协调且顺序的控制。控制器238也可以是整体系统控制器52 (图I)的构件或者配置成与系统控制器52通信。应当意识到，本发明还涵盖如文中所述的独立计量机构200，其配置成用于将测定剂量的粒状材料从第一位置移送到第二位置。换言之，在某些实施例中，计量机构并不限于用作气相沉积装置中的供给系统的构件，并且可在期望计量测定剂量的粒状材料的任何系统中具有实用性。还应当意识到，在本发明的另外方面，如例如在图I中所述的气相沉积装置可包括利用如文中所述的计量机构200的供给系统。移送机构132布置在计量机构下方，以从计量机构200接收测定剂量的源材料。移送机构132配置成将源材料移送到下游的沉积头62而不中断沉积头62内的真空或沉积过程。图5中所示的移送机构132的一特定实施例是经由任何恰当配置的空气系统162 (图2)被供应致动空气的气动致动的装置。机构132包括主体134，该主体134限定了对准以从计量机构200接收测定剂量的源材料的入口 136。主体134限定了与沉积头62的顶壁中的填充端口结构对准的出口 138。如上所述，源材料被导入沉积头62中并由分配部件72分配到容器66中。仍参照图5，移送机构132包括配置在主体134内的第一可旋转缸140和第二可旋转缸142。第一可旋转缸140包括在限定其周边部分中的扇形凹部144。同样，第二可旋转缸142包括限定在其周边部分中的扇形凹部146。图5示出了相应缸140、142的初始起动位置，其中第一缸140中的凹部144面向上并接收被传送通过下游阀112和计量机构200的源材料。第二缸142中的凹部146在9点钟位置靠着第一缸140的外周。在操作中，第一缸140在凹部146内顺时针旋转，直到第一缸140中的凹部144与第二缸142中的凹部146相反地对准。第一缸140被维持在该位置， 当第二缸142在凹部144内逆时针旋转时，第一缸140的相应的凹部144处于3点钟位置，直到第二缸142的相应的凹部146处于6点钟位置。应当容易意识到，当第一缸140旋转到六点钟位置时，第二缸142旋转到第一缸140的凹部144中。因此，源材料从第一缸140移送到第二缸146。当第二缸142中的凹部146到达6点钟位置时，源材料借助重力被输送到主体134中的出口 138。缸140和142然后以相反的顺序重置到它们在图3中示出的相应起动位置。旋转的缸140、142与主体134之间以及相应凹部144、146内的相对较小的间隙确保了在运行期间移送机构132的移动表面基本上自清洁。还应当意识到，缸140、142的顺序操作防止了来自沉积头62的任何升华的源材料自由地向上游行进越过移送机构132，其中任何这种气体将随着时间推移析出并且有可能堵塞或以其它方式妨碍供给系统100的运行。应当意识到，移送机构132的顺序完全独立于如由阀112执行的配料顺序。此外，应当注意到，就短期而言，移送机构132可以对堆积在入口 136内和上方的过量材料进行操作。这可能是该机构的正常运行状态。然而，为了防止材料在入口 136上方的长期累积堆积(其最终将导致供给系统的卡住)，应该如上所述控制上游计量机构200的产量，以限制源材料在移送机构132中的过度累积。可能期望将移送机构132的底部维持在相对较高的温度，例如大于600°C，以防止来自沉积头62的源材料在出口 138中、出口 138周围或出口 138下方的任何凝结和累积。为了该目的，可以在主体134的底部周围配置加热器170。应当意识到，缸140、142的操作可以由任何合适的致动机构来进行。在一特定实施例中，缸的旋转可以通过由外部空气系统162提供动力的曲柄臂和推杆来完成，该外部空气系统162可包括与每个相应的缸140、142相关联的气缸。在一替代实施例中，缸140、142可由一个或更多马达驱动装置使用协调和顺序的间歇运动同时仍提供前文所述的必要的自清洁功能以单向旋转方式致动。另一实施例可利用具有多个扇形凹部的缸140、142以及间歇马达驱动装置。再一实施例可利用单向连续旋转运动，由此，两个缸140、142的外部形状被适当设计成提供升华的气体阻塞和自清洁功能所需的小间隙。虽然已参考其具体示范性实施例和方法描述了所提出的主题，但本领域的技术人员将会意识到，通过获得前文的理解，可容易地产生此类实施例的变更、变型和等同方案。因此，本公开的范围是以示例的方式而非以限制的方式，并且主题公开不排除包括如对于本领域的普通技术人员而言容易显而易见的所提出主题的此类修改、变型和/或增加。
权利要求
1.一种计量机构(200)，配置成用于将测定剂量的粒状材料从第一位置移送到第二位置，所述计量机构(200)包括接收器(208)，其布置成从所述第一位置接收粒状材料，所述接收器具有出口(212);排出端口(214)，其从所述接收器出口轴向地偏移；往复式递送部件(216)，其具有贯通其限定的通路；以及可控驱动装置(222)，其配置成使所述递送部件在负载位置和排出位置之间沿往复路径移动，在所述负载位置，所述通路与所述接收器出口对准，在所述排出位置，所述通路与所述排出端口对准； 其中，从所述第一位置移送到所述第二位置的粒状材料的量是所述通路的体积和所述递送部件的往复速率的函数。
2.根据权利要求I所述的计量机构(200)，其特征在于，所述接收器(208)包括漏斗并且所述递送部件(216)包括在所述漏斗下方的往复路径中的可移动部件，并且还包括冲程限制器(230)，所述冲程限制器(230)在用于检测所述接收器的过满状态且允许所述递送部件的仅仅部分冲程直到所述过满状态被清除的位置布置在所述递送部件(216)上，所述部分冲程仍从所述通路排出全部量的源材料。
3.根据权利要求I或2所述的计量机构(200)，其特征在于，所述冲程限制器(230)包括机械传感器(232，234)，所述机械传感器(232，234)布置在所述接收器(208)上方的位置，以便被来自所述接收器的溢流粒状材料接合。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的计量机构(200)，其特征在于，所述计量机构(200)还包括检测所述递送部件(216)的全冲程的全冲程传感器(240)，并且还包括与所述全冲程传感器通信的控制器(238)，其中，在从所述全冲程传感器接收到限定数量的全冲程信号后，所述控制器发送控制信号以导致额外的粒状材料沉积在所述接收器中。
5.一种供给系统(100)，用于向气相沉积装置￠0)连续地供给测定计量的源材料，所述系统包括 散料料斗(102);上剂料容器(104)，其布置成从所述料斗接收源材料；移送机构(132)，其布置在所述剂料容器的下游，所述移送机构配置成将所述源材料移送到下游的沉积头(62)，同时隔离所述沉积头内的沉积状态并阻止升华的源向上游扩散到所述供给系统；根据前述权利要求中的任一项所述的计量机构(200)，其可操作地布置在所述移送机构的上游。
6.根据权利要求5所述的供给系统(100)，其特征在于，所述驱动装置(222)包括带有气动活塞(226)的气动驱动装置。
7.根据权利要求5或6所述的供给机构(100)，其特征在于，所述递送部件(216)包括在所述接收器下方的往复路径中的可移动部件，并且还包括冲程限制器(230)，所述冲程限制器(230)在用于检测所述接收器(208)的过满状态且允许所述递送部件的仅仅部分冲程直到所述过满状态被清除的位置布置在所述递送部件上，所述部分冲程仍从所述通路排出全部量的源材料。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的供给系统(100)，其特征在于，所述冲程限制器(230)包括布置在所述接收器(208)上方的位置的机械传感器(232，234)，所述机械传感器(232，234)接合来自所述接收器的溢流源材料。
9.根据权利要求8所述的供给系统(100)，其特征在于，所述供给系统(100)还包括检测所述递送部件(216)的全冲程的全冲程传感器(240)以及与所述全冲程传感器和所述剂料容器(104)通信的控制器(238)，其中，在从所述全冲程传感器接收到限定数量的全冲程信号后，所述控制器向所述剂料容器发送控制信号以将测定剂量的源材料递送至所述接收器。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的供给系统(100)，其特征在于，所述供给系统(100)还包括布置在所述上剂料容器(104)下游的真空锁定室(108)中的下剂料容器(106)，所述真空锁定室由能够按顺序操作的真空锁定阀(110，112)限定，所述计量机构(200)配置成用于从所述下剂料容器(106)接收源材料，并且所述供给系统(100)还包括可致动维护阀(154)，所述可致动维护阀(154)布置在所述计量机构的上游，以使所述真空锁定室在定期维护程序期间与所述计量机构隔离。
11.根据权利要求5至10中的任一项所述的供给系统(100)，其特征在于，所述移送机构(132)还包括具有入口(136)和出口(138)的主体(134)以及与所述入口对准的第一缸(140)和与所述出口对准的第二缸(142)，所述第一缸和第二缸具有限定在其中的扇形凹部(144，146)，并且所述第一缸和第二缸能够按顺序旋转，使得来自所述入口的源材料被所述第一缸凹部接收并通过所述第一缸的旋转而移送到所述第二缸凹部，所述第二缸随后能够旋转而将所述第二缸凹部中的源材料递送到所述出口，所述凹部旋转地偏移，使得所述缸阻止所述出口和所述入口之间的升华的源材料在所述缸的所有可旋转位置的扩散。
12.—种气相沉积装置(60)，用于将升华的源材料作为薄膜真空沉积在被传送通过所述气相沉积装置的基底(14)上，所述气相沉积装置￠0)包括沉积头(62)，其限定了沉积室(64)，供应至所述沉积头￠2)的源材料在所述沉积室￠2)中升华；传送器组件(24)，其可操作地布置在所述沉积头下方，以在升华的源材料的薄膜沉积到所述基底的上表面上的同时传送基底通过所述装置；根据权利要求5至11中的任一项所述的供给系统(100)。
13.根据权利要求12所述的气相沉积装置(60)，其特征在于，所述接收器(208)包括漏斗并且所述递送部件(216)包括在所述漏斗下方的往复路径中的可移动部件，并且还包括冲程限制器(230)，所述冲程限制器(230)在用于检测漏斗的过满状态且允许所述递送部件的仅仅部分冲程直到所述过满状态被清除的位置布置在所述递送部件上，所述部分冲程仍从所述通路排出全部量的源材料。
14.一种方法，用于将来自处于大气状态的散料供应(102)的源材料连续地供给到气相沉积装置(60)，同时维持所述气相沉积装置中的真空沉积状态，所述方法包括按顺序将来自散料供应(102)的多剂粒状源材料传送到真空锁定室(108)中；在所述真空锁定室中抽真空并在下一剂源材料导入所述真空锁定室中之前将每一剂源材料从所述真空锁定室移送到下游的移送机构(132);以及将源材料从所述移送机构移送到下游的沉积头(62)，同时维持所述沉积头内的真空沉积状态并阻止升华的源材料通过所述移送机构向上游扩散。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括计量所述真空锁定室(108)和所述移送机构(132)之间的源材料，使得递送到所述移送机构的源材料的剂量不同于从所述真空锁定室递送来的源材料的剂量。
全文摘要
本发明涉及用于在薄膜气相沉积装置中计量粒状源材料的装置。具体而言，一种计量机构被配置成用于将测定剂量的粒状材料从第一位置移送到第二位置，并且特别适合于在气相沉积装置中计量源材料。接收器布置成从第一位置接收粒状材料。排出端口从该接收器的出口轴向地偏移。由可控驱动装置使具有贯通其限定的通路的往复式递送部件在该通路与接收器出口对准的负载位置和该通路与排出端口对准的排出位置之间沿往复路径移动。从第一位置移送到第二位置的粒状材料的量是通路的体积和递送部件的往复速率的函数。
文档编号C23C14/06GK102912299SQ20121027440
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者E.J.利特尔 申请人:初星太阳能公司