專利名稱：原料輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料進(jìn)料系統(tǒng)，而特別涉及到反復(fù)輸送一個(gè)預(yù)定數(shù)量的顆粒材料到一個(gè)遠(yuǎn)處位置的裝置。
在各種工業(yè)加工中，反復(fù)輸送預(yù)定量的固體顆粒材料從存放顆粒材料的地方到一個(gè)遠(yuǎn)處的地方是必須的。例如，用于成形如美國專利第4544528號中公開的形式的中空管狀結(jié)晶體的裝置，加入的材料(固體硅顆粒)被從一個(gè)存儲位置以大至相同的速率輸送到裝置的坩堝是重要的，熔化的硅被結(jié)晶于正在增長的結(jié)晶體上。這種傳送是這樣實(shí)現(xiàn)的，例如通過一個(gè)震動進(jìn)料器分配來自于存儲器的顆粒，然后用一個(gè)如辛克(Sink)等人在美國專利4661324號(′324專利)中公開的晶片推沖器傳送分配好的顆粒到裝置的坩堝中。
可惜，由于已知的用于分配來自于存儲器的固體顆粒材料的械，如震動進(jìn)實(shí)器難以精確地控制單位時(shí)間內(nèi)分配材料的數(shù)量。由于這樣的結(jié)果，使比需要量多或少的顆粒材料可能被輸送到下一個(gè)工序位置，如′324專利的晶片推沖器上。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一個(gè)用于往遠(yuǎn)處位置反復(fù)輸送預(yù)定量的顆粒材料的系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出一個(gè)用于持續(xù)輸送為成形中空管狀結(jié)晶體的在一個(gè)裝置中熔化的硅，以便保持其溶化程度在預(yù)定的限度內(nèi)的系統(tǒng)。
這些目的和其它目的被一個(gè)從存放顆粒材料的地方向遠(yuǎn)處的地點(diǎn)反復(fù)傳送一預(yù)定量的顆粒材料，如固體球形硅顆粒的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)特別適于作為持續(xù)傳送將在結(jié)晶爐的坩堝中(如斯托芒特(Stormont)等人的美國第4544528號專利公開的形式)熔化的硅的一個(gè)大系統(tǒng)中的一個(gè)構(gòu)件。本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個(gè)存放具有大致均勻顆粒形狀的容器，一個(gè)接收來自容器的顆粒的并與容器相聯(lián)的接收室，一個(gè)提供把顆粒吸入接收室并把收入的顆粒輸入一個(gè)導(dǎo)管的增壓氣體脈沖的第一高壓氣射流，在第一高壓氣射流不發(fā)射增壓氣脈沖時(shí)在導(dǎo)管中提供增壓氣流的一個(gè)第二高壓氣射流。
接收室被直接裝在儲存容器下面并與其相接，因此在容器中的顆粒在重力作用下將落入接收室。后者具有一定尺寸及形狀，以使得落入接收室的顆粒將在相互之間及與接收室的側(cè)壁的作用下形成具有已知靜止角的并因此具有一預(yù)定量的顆粒的顆粒堆。這樣的堆阻塞了連接容器與接收室之間的小孔，因此阻止多余的顆粒落入接收室。
在接收室中的預(yù)定量的顆粒被由第一射流提供的一個(gè)氣體脈沖帶出接收室并進(jìn)入導(dǎo)管。一個(gè)來自第二射流的增壓氣流載帶著硅顆粒通過導(dǎo)管，并從安置在其它裝置旁邊的導(dǎo)管遠(yuǎn)端噴出。這樣例如導(dǎo)管可以連接到進(jìn)一步傳送或以其它方式加工顆粒的裝置上，在本發(fā)明推薦的實(shí)施例中，顆粒是球形硅顆粒并且導(dǎo)管是相連的以便把顆粒送入增長晶體的裝置中。
為了充分了解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，請結(jié)合附圖參見下面的詳細(xì)說明，其中

圖1是有一些部件被剖視的體現(xiàn)本發(fā)明的原材料輸送系統(tǒng)通過一個(gè)原材料進(jìn)料機(jī)構(gòu)與一個(gè)晶體增長爐相接的一個(gè)局部正視圖;
圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的原材料輸送系統(tǒng)的一個(gè)示意的斷面?zhèn)纫晥D;
圖3是說明相同原材料輸送系統(tǒng)的閥門的定時(shí)順序的一個(gè)定時(shí)曲線圖。
圖4是說明在圖2中當(dāng)時(shí)間為T1時(shí)輸送系統(tǒng)底部的一個(gè)詳圖;及圖5是緊接著T1之后相同的輸送系統(tǒng)的底部的一個(gè)詳圖。
本發(fā)明要求用具有一種大致均勻的顆粒形狀和相對限定顆粒的尺寸范圍的松散顆粒材料，這樣各個(gè)由自由下落形成的相同顆粒的各個(gè)堆將有相同的靜止角，以至對其后形成的堆的這一靜止角是可以預(yù)測的。顆粒最好是球形的并且在推薦的本發(fā)明的實(shí)施例中，顆粒原材料由高純度，球形，松散的小球硅顆粒組成，如路易斯安娜洲白敦茹基(Baton Rouge)的乙基有限公司(Ethyl Corporation)銷售的“乙基多晶硅”。這種被認(rèn)為是通過一個(gè)浮床加工制造的乙基多晶硅顆?；蛐∏蚴乔蛐蔚牟⒂幸粋€(gè)在150-1500微米間的顆粒尺寸分布，并有700微米的平均尺寸。然而較大和較小的顆粒尺寸可以依照如原材料組成、輸送系統(tǒng)的幾何形狀及顆粒所被關(guān)入的裝置等因素被調(diào)整。
參見圖1和2，所示的裝置包括由本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)的往進(jìn)料機(jī)構(gòu)19供給球形固體硅顆粒的輸送系統(tǒng)18，其中由進(jìn)料機(jī)構(gòu)19依次把顆粒轉(zhuǎn)送到一個(gè)反應(yīng)堆裝置20的坩堝以增長中空的管狀結(jié)晶體。裝置20最好具有被參照引進(jìn)的美國第4544528號專利(′528專利)中公開的形式。進(jìn)料機(jī)構(gòu)19可以是不同的形狀。這樣它可以是一個(gè)如在美國第4661324號專利中公開的機(jī)構(gòu)，該專利[于1987年4月28日授權(quán)給Sink等人(324′專利)]也被參照引進(jìn)。
由
背景技術(shù)：
，裝置20(圖1)由一個(gè)內(nèi)部裝有坩堝24和內(nèi)外管狀后熱器26、28的反應(yīng)堆殼22構(gòu)成。坩堝24是一個(gè)短的、中空的上部敝開的裝在殼22中間的直棱柱或直圓柱筒。內(nèi)加熱器26有一個(gè)中空的內(nèi)部30和一個(gè)封住其頂端的頂板32。內(nèi)后熱器26的下端是敝開的，并且內(nèi)后熱器被直接安裝在坩堝24的上面，由此內(nèi)后熱器的內(nèi)部空間30與坩堝的內(nèi)部相連。內(nèi)后熱器26被安置在外后熱器28的中空的內(nèi)部里。
裝置20另外還具有一個(gè)毛細(xì)管的模具34，一個(gè)基座36和一個(gè)晶種裝置38，所有這些都安置在殼體22內(nèi)。最好毛細(xì)管模具34是坩堝邊壁整體的一部分。選擇模具34的端面40的形狀和大小以控制增長晶體的形狀及尺寸?；?6是一個(gè)短的，中空的，上部敝開的圓柱體或棱柱體，其大小適于容納坩堝24?；?6可以是模具/坩堝裝置的整體的一部分。晶種裝置38包括有一個(gè)晶種夾持器42和一個(gè)晶種44。晶種裝置38與一個(gè)牽引機(jī)構(gòu)39相連接，該機(jī)構(gòu)可以使晶種夾持器47軸向運(yùn)動以便靠近和遠(yuǎn)離模具34。
裝置20進(jìn)一步包括一個(gè)圍繞在殼體22上緊鄰坩堝24處的加熱線圈46，加熱線圈46保持在坩堝中的硅為熔化狀態(tài)。
正如已知的，安裝晶種44使其與模具端面40相接觸，而后牽拉晶種離開模具端面以便在晶種和模具端面之間形成一個(gè)新月形物使結(jié)晶體增長。由于晶種被從模具端面拉開，新月形物靠近晶種的部分就凝固了。由于結(jié)晶的晶種可能被從模具上拉至更遠(yuǎn)處，在毛細(xì)管作用下新的熔化的硅又上到模具端面，而已經(jīng)在新月形物中的硅變硬形成連接在晶體上的結(jié)晶硅，以便形成一個(gè)延伸的硅體。
關(guān)于裝置20的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的更詳細(xì)的說明請注意′528專利。
為了本發(fā)明的目的，裝置20被改進(jìn)成包括一個(gè)具有中心腔62的導(dǎo)管60。導(dǎo)管60穿過殼體22、基座36和坩堝24的底部，如圖1所示。導(dǎo)管60的內(nèi)徑稍大于如下面所述的本發(fā)明系統(tǒng)18供給的最大顆粒的外徑。導(dǎo)管60最好用熔融石英制成。導(dǎo)管60被置于坩堝24的中心，并且其大小適于使其頂端64向上伸入內(nèi)后加熱器26的內(nèi)部30中，在坩堝24是滿的時(shí)候也保持在坩堝中熔化物的上表面之上。導(dǎo)管60提供了一個(gè)從裝置20的下部區(qū)域向上穿過坩堝24的底壁進(jìn)入內(nèi)后加熱器26內(nèi)部30的通路。在頂板32的下表面上最好安裝一個(gè)凸起的圓錐形偏轉(zhuǎn)板66，偏轉(zhuǎn)板66正好在導(dǎo)管60的頂端64上方，以致偏轉(zhuǎn)板的尖端67與中心腔62的軸線對齊。
關(guān)于在圖1中說明的晶體增長反應(yīng)堆的其它方面與在′528專利中公開的反應(yīng)堆是相同的。
進(jìn)料機(jī)構(gòu)19包括中空的存儲室70，用于接收和暫時(shí)存放固體球形硅珠。存儲室70被直接安裝在導(dǎo)管60的底端下面，并通過其頂壁上的小孔72與導(dǎo)管的內(nèi)部相連。存儲室70具有一個(gè)在其側(cè)壁上的小孔74和一個(gè)連接在側(cè)壁上的供給管76，使該導(dǎo)管的內(nèi)部與存儲室的內(nèi)部相通。
另外，進(jìn)料機(jī)構(gòu)19具有把硅珠從存儲室70通過導(dǎo)管60上升傳送到坩堝上部空間的一個(gè)傳送機(jī)構(gòu)78。如上面所說的，傳送機(jī)構(gòu)78可以是美國′324專利中公開的形式的晶片推沖器。換句話說，它可以由一個(gè)增壓氣射流進(jìn)料系統(tǒng)或其它機(jī)構(gòu)組成，唯一的要求是該機(jī)構(gòu)能夠在導(dǎo)管60中以與顆粒材料從導(dǎo)管76送入存儲室70大致相同的速率從存儲室70傳送硅珠進(jìn)入坩堝。
現(xiàn)在看圖2，原材料傳送系統(tǒng)具有一個(gè)存放固體硅顆粒92的中空容器90。容器90的底部最好向內(nèi)收縮并端接于一個(gè)底孔96上。容器90頂部最好是開口的以便填加顆粒92，并且最好有用于封閉容器頂端的一個(gè)可活動的蓋98。
現(xiàn)在參見圖4，系統(tǒng)18進(jìn)一步具有一個(gè)安裝在導(dǎo)管60上的歧管100。歧管100由諸如聚乙烯的一個(gè)固體材料塊組成，它是中空的以便形成幾個(gè)互通的通道。歧管100具有一個(gè)垂直延伸的加有上延到容器90的底孔96的中空襯套103的空腔102，由此腔102的內(nèi)部與容器90的內(nèi)部94相通。歧管100還具有水平延伸的硅顆粒接收室106。后者與空腔102相交并相通。中空襯套103最好向下延到與接收室106的上表面平齊。這樣襯套103起到在重力作用下將顆粒從容器90傳送到接收室106的傳送管的作用。
當(dāng)顆粒92落入接收室106時(shí)，它們直接在腔102下面聚成一堆。因?yàn)槁淙虢邮帐?06的硅顆粒92越聚越多，這個(gè)堆從接收室的底壁一直擴(kuò)大到頂壁，并且堆頂具有與孔108的內(nèi)徑相等的寬度，而底部大致比堆頂寬度寬一些。一旦該堆呈現(xiàn)出這樣的形狀，它就阻塞了從容器94加入到接收室106的硅顆粒的流動。
選擇空腔102和襯套103的內(nèi)徑和選擇接收室106的內(nèi)部形狀和尺寸，在均勻的顆粒形狀及大致限定的顆粒大小范圍的情況下自動地確定一個(gè)顆粒靜止角，以至唯一的預(yù)定量(體積)的硅顆粒92能夠從容器內(nèi)部94落入接收室106。
其中所用的靜止角為顆粒堆邊坡的斜度。這個(gè)靜止角與硅顆粒92的大小和形狀及接收室106的大小和形狀確定了接收室106內(nèi)聚積在堆中的顆粒體積。在此硅顆粒92的尺寸和形狀已知并大至相同時(shí)，一預(yù)定體積的通過適當(dāng)?shù)暮Y分和成形的硅顆粒被堆積在接收室106中。
在本發(fā)明的一個(gè)示范地工作實(shí)施例中，在此裝有本原材料輸送系統(tǒng)18的晶體增長裝置20以每分鐘15克的速率消耗熔化的硅，而硅顆粒92具有一個(gè)圓球形狀并且直徑為0.7毫米正負(fù)誤差的1/2毫米，接收室106具有一個(gè)圓形的橫截面形狀，其內(nèi)徑為5毫米，長度約為28毫米。聚積在接收室106中的硅粒92的堆有一個(gè)15°的靜止角。
歧管100還有一個(gè)水平延伸的腔116。在室的兩端118和120是敝開的。一個(gè)空心襯管122最好被裝在腔116的端部118中。該襯管122的大小適于從歧管100中向外伸出，一個(gè)相似的襯管113被安裝在腔106的外端部110中。
歧管100另外還有一個(gè)橫向延伸的斜腔126，其一端與接收室106的內(nèi)端112連接而另一端與供給管76相連。通過這種連接，接收室106通過導(dǎo)管76與進(jìn)料機(jī)構(gòu)19相連，并最終與裝置20的內(nèi)部相連。腔1126在128處與腔116的內(nèi)端120相交，由此使116的內(nèi)部與腔126的內(nèi)部相通。
進(jìn)料系統(tǒng)18另外還具有一個(gè)連接襯管113與增壓流體源136的閥134，惰性氣體特別適用于該氣源，諸如氬氣。系統(tǒng)18也還具有一個(gè)連接襯管122和氣源136的閥138。閥134和138各自被設(shè)計(jì)成適于有選擇地從氣源136向接收室106和腔116供氣。閥134和138最好被電力操縱，以使當(dāng)提供一個(gè)“開”控制信號給該閥時(shí)，它們打開以使一個(gè)增壓流體流流進(jìn)與它們相連的室或腔中，而當(dāng)提供一個(gè)“關(guān)”控制信號給該閥時(shí)，它們關(guān)閉并終止增壓流體流流進(jìn)與它們相連的室或腔中。
被閥134和138操縱從氣源136引入接收室106和腔116的增壓流體的流量的速率分別被選擇，以保證在接收室106中的所有顆粒92被夾帶在通過閥134供給的增壓流體流中并被送入腔126中，并由于通過閥138的工作引入的流體流夾帶的結(jié)果被載帶著從腔126進(jìn)入并通過供給導(dǎo)管76。當(dāng)然，通過閥134和138的增壓流體流的具體的流量的流速率根據(jù)顆粒92的尺寸和形狀及在歧管100中接收室106和腔102，116和126的尺寸和形狀將有所變化。
在本系統(tǒng)18的可行的實(shí)施例中，氣源136以每平方英寸100磅的絕對壓力提供氬氣，并且閥134和138的開放導(dǎo)致氣體分別流入腔106和116中的最后一個(gè)是以每分鐘大約5升STP(標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力)，(如一個(gè)25℃的溫度和960毫米汞柱的大氣壓)的流量速率。所用的給進(jìn)材料是具有大約0.7毫米外徑正負(fù)大約1/2毫米的球形硅粒進(jìn)料系統(tǒng)18最好具有一個(gè)連接于閥134和138為它們提供“開”、“關(guān)”控制信號的控制器142?？刂?42可以是，例如一個(gè)常規(guī)的可編程序的工業(yè)加工控制數(shù)字計(jì)算機(jī)。更詳細(xì)的說明在與本發(fā)明進(jìn)料系統(tǒng)18的工作有關(guān)的說明之后，為了自動控制閥134和138的開關(guān)，為控制器142編制程序以便當(dāng)一個(gè)閥被打開時(shí)另一個(gè)閥被關(guān)上，并且反之亦然。
下面接著對本發(fā)明的進(jìn)料系統(tǒng)18的運(yùn)行進(jìn)行說明，請參見圖1-5。
在閥134和138都關(guān)閉時(shí)，把松散的硅粒92加入容器的內(nèi)部94。顆粒92最好是球形形狀并具有大約0.7毫米的外徑，正負(fù)大約1/2毫米。
由于重力作用，顆粒92通過襯管103進(jìn)入接收室106。如上面所述，接收室106的大小和形狀適于顆粒落入并聚積成一個(gè)由靜止角確定形狀的堆，為了限定可能聚積在接收室106中的堆中的顆粒體積，顆粒與接收室106的側(cè)壁共同作用，在接收室106中能夠聚積得到唯一的預(yù)定數(shù)量的顆粒。
當(dāng)在時(shí)間T1時(shí)(圖3)，控制器142被觸發(fā)，隨后它送給閥134一個(gè)控制“開”信號，使閥打開。同時(shí)，控制器142送給閥138一個(gè)控制信號，使該閥關(guān)閉(或如果它已經(jīng)處于關(guān)閉狀態(tài)就保持該閥關(guān)閉)。在接收室106中的增壓流體流把在接收室106中聚積的顆粒92的堆從其中推出并進(jìn)入腔126。進(jìn)料系統(tǒng)的這些工作狀態(tài)在圖5中被顯示。
閥134被打開的時(shí)間僅夠使由氣源136產(chǎn)生的增壓流體流在接收室106內(nèi)分送顆粒92，從后者進(jìn)入腔126中。如此，與其說是前進(jìn)的持續(xù)增壓流體流，不如說是一個(gè)增壓流體脈沖被供給到接收室106。在顆粒92的堆被從接收室106分送之后，而在更多的顆粒從容器90落入接收室106之前，控制器142送一個(gè)控制“關(guān)”信號給閥134，使其關(guān)閉。這個(gè)被送的控制信號以時(shí)間T2顯示在圖3中。
還是在時(shí)間T2，控制器142送一個(gè)控制“開”信號給閥138，使其打開。一旦閥138被打開，來自氣源136的增壓流體流通過腔116進(jìn)入腔126，在那類夾帶著由于閥134打開而被送入腔126的顆粒。
這些被夾帶的顆粒被增壓流體流輸送進(jìn)入并通過供給導(dǎo)管76到進(jìn)料機(jī)構(gòu)19的存儲室70。然后進(jìn)料機(jī)構(gòu)19把這些顆粒從室70通過導(dǎo)管60輸送到內(nèi)后加熱器26的內(nèi)部。在導(dǎo)管60中排孔的顆粒繼續(xù)在內(nèi)后加熱器26中向上運(yùn)動直到它們碰到偏轉(zhuǎn)板66(如果有)反彈回來，并落入熔化的硅中。偏轉(zhuǎn)板66均勻地分布顆粒92，因此它們基本在熔化硅的全部表面上落入，由此限制引起對流的局部冷卻都區(qū)域的形成和可能對晶體增長過程產(chǎn)生不利影響的在熔化硅中的熱量變化。在沒有偏轉(zhuǎn)板66的情況下，顆粒92僅從頂板32的底表面彈開并落入熔化的硅中。在某些情況下，不用偏轉(zhuǎn)板66也能獲得令人滿意的結(jié)果。
閥134一關(guān)閉(如緊接著時(shí)間T2之后)，顆粒92立即再次在接收室106中堆積，直到堆積到一預(yù)定的量。這次堆積發(fā)生在時(shí)間T2和T3之間(圖3)。在時(shí)間T3，控制器142給閥134一個(gè)使其打開的控制“開”信號，并給閥138一個(gè)使其關(guān)閉的控制“閉”信號。如上所述，在接收室106中的顆粒被送入接收室106的增壓流體送入腔126。在時(shí)間T4，控制器142給出使閥134關(guān)閉和使閥138打開的控制信號，由此在腔126中的顆粒92，如上所述，被傳輸?shù)竭M(jìn)料機(jī)構(gòu)19。這一打開和關(guān)閥134和138的程序在晶體增長過程中被重復(fù)。
閥134的打開和關(guān)閉之間的時(shí)間間隔，如T2和T3之間的時(shí)間的選擇決定于裝置20使用熔化硅于增長一個(gè)結(jié)晶體的速率?？刂破?42根據(jù)有關(guān)裝置20消耗熔化的硅的速率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以被編制程序，以使在閥134開和關(guān)之間的時(shí)間周期被固定下來。另一種方式為，根據(jù)隨著晶體增長的同時(shí)有關(guān)增長晶體的重量變化的信息編制控制器142的程序，以改變在閥134的開與關(guān)之間的時(shí)間周期。使用這些信息，控制器142將使得閥134和138開或關(guān)，以確保供給裝置20的硅顆粒92的量大致等于裝置所消耗的硅的量。
閥134和138打開和關(guān)閉的頻率是建立在以堆積在接收室106中的硅粒的量大致為常數(shù)這一前題條件的基礎(chǔ)上。如上所述，接收室106被設(shè)計(jì)成保證在其中堆積一個(gè)選定的大致為常數(shù)的顆粒92的量。接收室106的具體尺寸及形狀和因此得到的堆積在接收室106中的顆粒92的堆的大小，是依據(jù)有關(guān)加入裝置20的坩堝24內(nèi)的熔化的硅中而不在熔硅中產(chǎn)生不可接受的大量熱擾動的硅顆粒的量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而被選擇。
在本發(fā)明的一個(gè)范例中，閥134被打開大約0.01秒而被關(guān)閉時(shí)間期限的范圍是1.4-3.0秒。在這個(gè)實(shí)施例中，接收室106被設(shè)計(jì)的大小和形狀適于堆積在其中的大約0.5克，平均直徑大約0.7毫米正負(fù)大約1/2毫米的固體球形硅粒。
最好是在原料輸送系統(tǒng)18運(yùn)行的全部時(shí)間內(nèi)閥134和138中的一個(gè)總是開著，以保證由輸送系統(tǒng)18提供的一個(gè)適當(dāng)恒量的氣流通過進(jìn)料機(jī)構(gòu)19并進(jìn)入內(nèi)后加熱器26的內(nèi)部。這樣一個(gè)氣流對于消除在晶體增長區(qū)內(nèi)壓力波動的負(fù)作用是必須的。這樣的波動可能對測量增長結(jié)晶體的重量的載荷元件的輸出端起到不良影響。由于載荷元件的輸出端被用于控制結(jié)晶增長過程，當(dāng)載荷元件提供一個(gè)錯(cuò)誤信息時(shí)對結(jié)晶增長過和可能產(chǎn)生不利作用。
然而，在某此條件中，不必從輸送系統(tǒng)向結(jié)晶增長區(qū)供給一個(gè)持續(xù)的氣流。在這些情況下，閥138只打開足夠把在腔126中的顆粒92送到進(jìn)料機(jī)構(gòu)19的時(shí)間間隔。另一種方式是，在某些場合，取消閥138和腔126是可能的。在這種情況下，送入接收室106的增壓流體流輸送顆粒92進(jìn)入并穿過腔126，進(jìn)入并穿過供給導(dǎo)管76進(jìn)入在進(jìn)料機(jī)構(gòu)19中的存儲室70。
雖然原材料輸送系統(tǒng)18被描述為一個(gè)向一個(gè)結(jié)晶增長裝置20的進(jìn)料機(jī)構(gòu)19輸送固體球形硅粒的系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以令人滿意地用于其它有關(guān)需要從存儲容器向一個(gè)下部位置傳送一預(yù)定量的一種均勻顆粒材料的場合。例如，系統(tǒng)18可從被用于需要輸送一預(yù)定量的顆粒形狀的第一合成物到一個(gè)下部位置與一個(gè)以顆粒形狀的第二合成物混合的一個(gè)藥品制造工藝中。在此系統(tǒng)18被用于其它制造領(lǐng)域。并且使用顆粒的尺寸，形狀及材料不同于用于本發(fā)明推薦形式的硅顆粒92，接收室106的尺寸必須被選定，以使在其中堆積的顆粒的量等于被輸送到下部工序位置的顆粒的量。另外，為保證被傳送的顆粒被完全夾帶在增壓氣流中并被這些氣流帶到選定的下部工序位置，改變氣源136的壓力可能是需要的或是所希望的。在使用非球形顆粒的情況下，或者是顆粒非常小，如不到接收室106直徑的1/20，或是有一個(gè)L/D長度直徑比不大于3比1是重要的、(其中L是顆粒的長度，而D是顆粒的直徑)。
本發(fā)明的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是供給進(jìn)料機(jī)構(gòu)19并因此進(jìn)入裝置20的坩堝24中的熔化的硅的硅粒92的量能被精確地控制。從而，生長在裝置20上的結(jié)晶體的物理和電的特性能被優(yōu)化。
設(shè)想容器70，歧管100和供給導(dǎo)管76是由非金屬材料制造的。本發(fā)明另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是被系統(tǒng)18傳送的硅粒92在其傳遞到進(jìn)料機(jī)構(gòu)19期間沒有與任何運(yùn)動部件或任何金屬件接觸。由于避免了在部件間由機(jī)械相互作用引起磨損的運(yùn)動部件的使用和避免使用可能由磨料硅粒92磨損的金屬件的使用，使進(jìn)入顆粒進(jìn)料系統(tǒng)并由此進(jìn)入硅熔化物的污物被盡可能地減少。這對于用于制造半導(dǎo)體設(shè)備，如光電太陽能電池的硅基片的生產(chǎn)是非常重要的一點(diǎn)，因?yàn)閮H由于百萬分之幾的沒用的雜質(zhì)就可能對設(shè)備地性能產(chǎn)生不利影響。
由于對上述裝置和方法可能做某些變化而不超出本發(fā)明所述及的范圍，因此意味著包含在上述描述中或顯示在附圖中的所有內(nèi)容應(yīng)該被理解為僅是示意而無限定意義。
權(quán)利要求
1.一個(gè)輸送一預(yù)定量的顆粒材料到遠(yuǎn)處位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括存放顆粒材料的存儲部件；連接于所述存儲件，接收所述存儲件中存放的顆粒材料的室部件，所述室部件的配置適于唯一的一預(yù)定量的所述顆粒材料能堆積在其中；連接于所述室部件提供一個(gè)從所述室部件到一個(gè)遠(yuǎn)處位置的通道的導(dǎo)管部件，使被所述室部件接收的顆粒材料能沿導(dǎo)管被傳送；及提供增壓流體流到所述室部件中的流體輸送部件連接于所述室部件和所述導(dǎo)管部件為了(a)移走所述預(yù)定量的顆粒材料，(b)把所述預(yù)定量的顆粒材料夾帶在流體中，和(c)把被夾帶的顆粒材料從所述室部件通過所述導(dǎo)管部件傳到所述遠(yuǎn)處位置。
2.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中所述室部件被安置在所述存儲部件的下面，以使固體顆粒材料在重力作用下從所述存儲件移入所述室部件。
3.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中所述存儲部件具有一個(gè)錐形底部和一個(gè)在所述底部上與所述室部件相通的孔。
4.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中所述室部件具有一定的尺寸和形狀，以使當(dāng)在所述存儲部件中的所述顆粒材料具有大致均勻的尺寸和形狀時(shí)，一預(yù)定量的所述顆粒材料以一個(gè)具有一預(yù)定的靜止角的堆將被堆積在所述室內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中所述流體輸送部件包括一個(gè)開始和停止所述增壓流體流的控制閥部件，以使在選定的時(shí)間間隔中所述流動的流體處于選定波期的不連續(xù)脈沖狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，這里所述流體輸送件包括連接于所述導(dǎo)管部件為其提供一個(gè)第二增壓流體流的部件;用于可選擇地阻塞和疏通流到所述室部件的第一次提到所述的增壓流體流的流動的第一閥件，以使所述流體流以選定波期的間隔脈沖在選定的時(shí)間間隔被輸送到所述室部件中。用于可選擇地阻塞和疏通流到所述導(dǎo)管部件的所述第二增壓流體流的流動的第二閥件，以使所述第二流體流以選定的波期的間隔脈沖在選定的時(shí)間間隔被輸入所述導(dǎo)管部件;及連接于所述第一和第二閥件的控制部件，用于控制所述第一和第二閥件的工作，以使所述第一閥件僅在所述第二閥件阻止第二增壓流體流被輸送時(shí)允許所述第一次述及的第一增壓流體流被輸送，反這亦然。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中(a)所述第一閥件響應(yīng)一個(gè)第一控制信號阻塞所述第一次提到的流體流的流動，并且響應(yīng)一個(gè)第二控制信號疏通所述第一次提到的流體流的流動，和(b)所述第二閥件響應(yīng)一個(gè)第三控制信號阻塞所述第二流體流的流動并且響應(yīng)一個(gè)第四控制信號疏通所述第二流體流的流動。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述控制件發(fā)生所述第一，第二，第三和第四控制信號，并提供所述信號經(jīng)給所述第一和第二閥件，從實(shí)現(xiàn)當(dāng)所述第二閥件疏通所述第二增壓流體流時(shí)所述第一閥件阻塞所述第一次提到的增壓流體流，并實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)诙y件阻塞第二增壓流體流時(shí)所述第一閥件疏通所述第一次提到的增壓流體流。
9.一個(gè)從容器向遠(yuǎn)處位置傳輸一定量的存儲在容器內(nèi)的顆粒材料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括連接于所述容器的室部件，它用于(a)接收來自于容器的顆粒材料，及(b)堆積一預(yù)定量的所接收的來自于所述容器的所述顆粒材料;連接于所述室部件的導(dǎo)管部件，它提供了一個(gè)從所述室部件到一個(gè)遠(yuǎn)處位置的通道，通過該通道使接收于所述室部件中的顆粒材料得以被輸送;及連接所述室部件和導(dǎo)管部件的流體輸送部件，(1)以提供至少一個(gè)增壓流體流給所述室部件及(2)以便在所述至少一個(gè)增壓流體流中夾帶所述預(yù)定量的顆粒材料并從所述室部件通過所述導(dǎo)管部件傳輸所述被夾帶的顆粒材料到遠(yuǎn)處位置。
10.一個(gè)裝填固體、球形硅粒到一個(gè)增長一個(gè)中空管狀結(jié)晶體的裝置的系統(tǒng)，該裝置具有一個(gè)盛放一硅熔體的坩堝，該系統(tǒng)包括一個(gè)存放球形硅粒的容器和一個(gè)排泄孔，通過排泄孔硅粒從所述容器中被分配;一個(gè)裝在所述容器下的歧管，所述歧管包括(a)一具連接所述容器排泄孔的接收室，以使存放在所述容器中的硅粒能在重力作用下進(jìn)入所述接收室，為了使唯一預(yù)定量的來自于所述容器的球形硅粒進(jìn)入所述接收室，接收室具有一定的尺寸和形狀，(b)一個(gè)與所述接收室相鄰的第一腔和(c)連接于所述接收室和所述第一腔的一個(gè)第二腔;可選擇地把一個(gè)增壓流體源與所述接收室接通和斷開的第一閥件;及可選擇地把一個(gè)增壓流體源與所述第一腔接通或斷開的第二閥件。
11.一個(gè)用于增長管狀，中空結(jié)晶體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)用于增長管狀，中空結(jié)晶體的裝置，所述裝置具有一個(gè)在底端有洞的坩堝，一個(gè)終端在所述坩堝之上并向下穿到所述坩堝下面的中空管，及一個(gè)進(jìn)料機(jī)構(gòu)通過所述中空管輸送硅粒并在所述中空管的頂端噴出所述顆粒使所述顆粒由于重力作用落入坩堝。用于存放球形硅粒的存儲部件，它具有一個(gè)排泄孔;連接于所述排泄孔的室部件，用于(a)接收來自于所述存儲部件的所述顆粒，和(b)使所述顆粒在所述室部件中堆積，直到唯一預(yù)定量的所述顆粒被接收在其中;把所述室部件連接到所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)的導(dǎo)管部件，以提供從所述室部件到所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)的一條通道;及連接所述室部件及所述導(dǎo)管部件的流體傳送部件，以提供至少一個(gè)增壓流體流給所述室部件，從推進(jìn)所述預(yù)定量的所述顆粒到所述導(dǎo)管部件并傳送所述被夾帶的顆粒從所述室部件通過所述導(dǎo)管部件進(jìn)入所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)。
12.從存儲位置向進(jìn)料機(jī)構(gòu)傳送具有球形形狀的固體硅粒的一種方法，所述方法包括以下步驟(1)提供一個(gè)把固體硅粒裝入一個(gè)增長中空管狀結(jié)晶體裝置的進(jìn)料機(jī)構(gòu);(2)提供一個(gè)把固體球形硅顆粒輸送到所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，包括(a)一個(gè)存放固體球形硅粒的容器;(b)一個(gè)安在所述容器下的歧管，并具有(ⅰ)一個(gè)通過一個(gè)導(dǎo)管與所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)相連的第一腔，(ⅱ)連接于所述容器的一個(gè)接收室，以使存放在所述容器中的球形硅粒能在重力作用下進(jìn)入所述接收室，為了使唯一預(yù)定量的固體球形硅粒從所述容器的所述內(nèi)室進(jìn)入其中，所述的接收室具有一定的尺寸和形狀，所述接收室被連接于所述的第一腔，并且(ⅲ)一個(gè)第二腔處于與所述接收室相鄰的位置，所述第二腔與所述第一腔相連;(c)一個(gè)增壓流體源;(d)一個(gè)用于可選擇地接通或斷開所述接收室與所述增壓流體源的第一閥;及(e)用于可選擇地接通或斷開所述第二腔與所述增壓流體源的一個(gè)第二閥;(3)添加具有預(yù)定的直徑的球形硅粒使其補(bǔ)給到所述容器中;(4)關(guān)閉所述第二閥并打開所述第一閥，以使所述增壓流體流入所述接收室，夾帶在所述接收室中的所述預(yù)定量的硅粒并把所述顆粒送入所述第一腔;及(5)關(guān)閉所述第一閥并打開所述第二閥，以使所述增壓流體通過所述第二腔進(jìn)入所述第一腔，夾帶在所述第一腔中的所述硅粒，并帶著所述被夾帶的顆粒通過所述第一腔并通過所述導(dǎo)管進(jìn)入所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一閥在開和關(guān)之間的時(shí)間間隔被選定，以便在任何更大量的所述硅粒顆粒能夠在重力作用下從所述容器落入所述接收室內(nèi)之前，使所述增壓氣體夾帶所述預(yù)定量的硅粒并運(yùn)送所述顆粒進(jìn)入所述第一腔。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述顆粒具有0.7毫米的直徑，+/-大約1/2毫米。
15.從一個(gè)存放地區(qū)向遠(yuǎn)處位置傳送固體顆粒材料的方法，該方法包括如下步驟(1)提供一個(gè)從存放地區(qū)向一個(gè)遠(yuǎn)處位置輸送固體顆粒材料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)一個(gè)存儲罐或容器，用于存放顆粒材料;(b)一個(gè)被裝在所述罐下面的歧管，該歧管具有(Ⅰ)一個(gè)通過一個(gè)導(dǎo)管與一個(gè)遠(yuǎn)處位置相連的第一腔，(Ⅱ)一個(gè)連接于所述罐的接收室，它使存放在所述罐中的顆粒材料能在重力下落入所述接收室中，為了使來自于所述容器的內(nèi)腔的顆粒材料以唯一預(yù)定量落入所述接收室，所述接收室具有一定的尺寸和形狀。所述接收室與所述第一腔相連，及(Ⅲ)一個(gè)第二腔的位置相鄰于所述接收室，所述第二腔與所述第一腔相連;(c)一個(gè)增壓流體源;(d)一個(gè)第一閥，用于所述接收室與所述增壓流體源之間可選擇地連接或斷開;及(e)一個(gè)第二閥，用于所述第二腔與所述增壓流體源之間可選擇地連接或斷開;(3)添加固體顆粒材料到所述罐的所述內(nèi)室;(4)關(guān)閉所述第一閥并打開所述第二閥，(a)以使所述增壓流體流入并通過所述第二腔，進(jìn)入并通過所述第一腔，再進(jìn)入并通過所述導(dǎo)管到所述遠(yuǎn)處位置，并且(b)以使來自所述罐的所述預(yù)定量的顆粒材料進(jìn)入所述接收室;(5)關(guān)閉所述第二閥并打開所述第一閥，以使所述增壓流體流入所述接收室，夾帶在所述接收室內(nèi)的所述預(yù)定量的顆粒材料并輸送所述顆粒材料到所述第一腔;及(6)關(guān)閉所述第一閥并打開所述第二閥，以使所述增壓流體(a)流過所述第二腔并進(jìn)入所述第一腔，(b)夾帶在第一腔中的所述顆粒材料，(c)帶著夾帶在所述增壓流體中的所述顆粒材料通過所述第一腔，然后進(jìn)入和通過所述導(dǎo)管進(jìn)入所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一個(gè)系統(tǒng)，用于反復(fù)提供一預(yù)定量的固體顆粒材料，如固體球形硅粒到一個(gè)遠(yuǎn)離存放顆粒材料處的位置。該系統(tǒng)包括一個(gè)存放固體顆粒材料的容器，一個(gè)連接于該容器的接收室，它是依一定尺寸和形狀制造的，以便來自容器的唯預(yù)定量的顆粒進(jìn)入其中，即為了夾帶和傳遞所述預(yù)定量的顆粒材料從接收室到遠(yuǎn)處位置，提供至少一個(gè)增壓流體流的部件。
文檔編號B65G53/66GK1051707SQ9010936
公開日1991年5月29日 申請日期1990年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月18日
發(fā)明者弗雷德里克·U·邁耶, 馬克·F·拉勞斯, 戴維·S·哈維 申請人:無比太陽能公司