专利名称：用于隔离不同气压区域的气门的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于可操作地互相连接不同气压区域的隔离机械装置。更具体地说，本发明涉及一种气门(gas gate)，其将具有大气压的第一区域与压力为约.01Torr和更低的可抽空的第二区域相隔开。另外，本发明的气门利用一圆筒(cylinder)来同时实现大气压到真空或者真空到大气压的能力并且不会接触移动卷材材料的膜沉积面。
背景技术：
薄膜处理过程可以制造多种产品。所述由薄膜材料沉积制成的产品的例子包括用于光学控制和太阳能控制的干涉仪叠片(interferometer stacks)，基于半导体的太阳能电池，铝化咖啡袋(aluminized coffee pouches)，以及有机半导体装置，如OLED显示器、有机FET、智能标记、有机PV装置和传感器、有机半导体等等。这些产品可以利用连续滚动式(roll-to-roll)工艺来进行大规模生产。一些连续滚动式处理器利用的是保持在真空室中的开卷辊和卷绕辊。一旦该开卷辊空载或者卷绕辊满载后，相应的辊都必须换成新辊。在换新辊的过程中，开卷和卷绕室必须通风、打开、加载/卸载、关闭再抽空。在该循环过程中，生产过程通常会中断。或者，利用一些种类的装置的连续滚动式生产需要在线集成许多步骤而没有过渡性的卷起和展开产品基材的过程，因为完成卷绕过程中任何与产品表面的接触都会损坏装置的性能。在这种情况下，对产品基材来说很关键的是其能够从大气压下的处理步骤连续地送到真空下的处理步骤，并且再回到大气压下。
通常，气门包含在用于沉积的不连续区域之间，用以保持区域的化学完整性。如Nath等人的美国专利No.4462332中所公开，该专利转让给了本申请的受让人，并在此引入其公开内容作为参考，可以确定尽管该气门通道的尺寸较小，但引入一个沉积室的掺杂剂工艺气体会向后扩散到邻近的腔室中，从而污染了引入其中的工艺气体和在邻近腔室中沉积的半导体层。’332专利中公开了一种设备(即设置在气门通道上方的陶瓷磁体，用于驱使磁性基材向上)，通过该设备可以减小通道的高度尺寸。对于给定速度，通道高度尺寸的减小使得掺杂剂气体的向后扩散相应地减少了，从而降低了对引入内部沉积室中的工艺气体的污染。
然而，由于磁体组促使了基材与上通道壁的滑动接触，该壁与基材裸面之间的摩擦损耗使该沉积设备出现问题，例如气门上通道壁的磨损。而且，基材和通道壁材料的磨擦颗粒聚集在通道和沉积室中，造成了对基材成层面的刮擦以及半导体材料的共同沉积，其转而又会造成短路，因为突出的颗粒不能完全被一个微米厚度的半导体合金层所覆盖住。这种磨损除了会危害半导体层和设备之外，由于可能形成断裂，其还限制了可实际使用的基材材料卷材的最小厚度。在一些产品应用中，基材材料为非磁性的，例如聚合物基材。
此外，如Doehler等人的美国专利No.4438724和4450786中所披露，这些专利都转让给了本申请的受让人，并在此引入其公开内容作为参考，当促使基材材料的卷材抵靠着通道的上壁时，基材卷材就将该通道分成了的位于基材和上通道壁之间的相对狭窄的上部，和位于基材和下通道壁之间的相对较宽阔的下部。并且，因为基材材料的卷材不平整(翘曲)不能完全通过磁体的吸引力而消除，所以基材和上通道壁之间会形成不规则的空间。大多数的基材翘曲是由于基材中的温度梯度造成的。本身具有粘性的工艺气体(在辉光放电沉积过程中采用了较高的沉积温度时尤其具有粘性)不能够以足够的速度通过狭窄的上部，以防止工艺气体从一个沉积室到另一个室的交叉污染。’724和’786专利涉及的是降低通过基材裸面和上通道壁之间的狭窄上部的工艺气体的交叉污染量。
过去人们作了相当大的努力来改进沉积无定形半导体合金材料层的方法，其中各层都包含了较大的区域，可以掺杂形成p型和n型材料，用于制作p-i-n型光电装置，该装置在工作时基本上等价于其晶体型的相应装置。许多年来这种利用无定形硅或锗膜的物品基本上不生产了，因为其中存在的微孔和悬挂键(dangling bond)会在能隙中产生高密度的定域态。最初，通过利用硅烷(SiH4)气体和氢气作为初级粒子的辉光放电来沉积无定形硅膜可实现定域态的减少。这样沉积的材料是由硅和氢组成的本征无定形材料。为制造掺杂的无定形材料，可将用于n型传导的磷化氢气体(PH3)或者用于p型传导的含硼气体例如乙硼烷(B2H6)与硅烷气体预先混合。这样沉积的材料据推测包括取代的磷或硼掺杂剂，并分别表现出非本征的和n或p型的传导类型。
现在可以制造出具有极大改进的无定形硅合金材料，其显著地降低了其能隙中定域态的密度，同时通过辉光放电，如Ovshinsky等人的美国专利No.4226898中所详细描述，以及汽相沉积，如Ovshinsky等人的美国专利No.4217374中所描述，提供了高质量的电子特性，这些专利都转让给了本申请的受让人，并在此引入其公开内容作为参考。如这些专利中所公开，引入无定形硅半导体中的氟大大降低了其中定域态的密度，并有助于添加其它的合金材料，例如锗。活化的氟很容易扩散进入并结合到基质主体中的无定形硅中，从而大大降低了其中的定域态密度。这是因为氟原子的小尺寸使他们能够容易地被引入无定形硅基质中。据信氟结合到硅的悬挂键上形成了具有可变键角的部分离子稳定性的键，其导致形成了比以前采用氢，或其它补偿或替换试剂所能形成的更稳定和更有效的补偿或替换。
至少早在1955年由E.D.Jackson在美国专利No.2949498中讨论了利用多电池组来提高光电装置效率的概念。其中讨论的多电池组结构采用了p-n结合型晶体半导体装置。实质上，该概念致力于利用不同的能带间隙装置以更高效地采集太阳光谱的多个部分，并提高断路电压(Voc)。串列式电池装置具有两个或多个电池，光顺序地导过每个电池，大能带间隙的材料后面接着较小能带间隙的材料，以便吸收通过第一电池或层面的光线。通过使所产生电流与每个电池大致匹配，总断路电压为每个电池的断路电压值之和，而断路电流保持基本恒定。
由于氟的引入而获得的有益特性，现在用于制造级联式多电池组的无定形合金中可以加入氟以降低定域态密度，而不损害材料的电子特性。还可以将其它的能带间隙调节元素，例如锗和碳，活化并加入汽相沉积、喷溅或辉光放电过程中。通过将所需量的一种或多种调节元素引入被沉积的合金电池中的至少在光电流产生区域，可以根据特定装置应用的需要来调节能带间隙。由于能带间隙调节元素被制成电池时没有加入基本有害的结构态，当加入调节元素以形成用于特定感光反映应用的装置波长特征时，该电池材料保持了较高的电子质量和光电导性。
显然，能够大规模地生产光电装置具有重要的商业用途。不像晶体硅那样仅限于间歇处理制造太阳能电池，无定形硅半导体合金可以以多层的形式沉积在大面积的基材上，从而在高容量的连续处理系统中形成太阳能电池。这类连续处理系统在例如美国专利No.4440409，4542711，4410558，4438723和4492181中有所公开，每个以上专利都转让给了本申请的受让人，并在此引入其公开内容作为参考。如这些专利中所披露，基材可以连续地向前通过一系列沉积室，其中每个室专用于沉积特定的半导体层。在制作p-i-n型构造的太阳能电池时，第一室专用于沉积p型无定形硅半导体合金材料，第二室专用于沉积本征无定形硅半导体合金材料，第三室专用于沉积n型无定形硅半导体合金材料。由于每种沉积的半导体合金材料，尤其是本征半导体合金材料必须具有高纯度，因此沉积室中的沉积环境与其它腔室内的掺杂成分要隔离开以防止掺杂成分进入本征室中的本征工艺气体引起交叉污染。在前述专利中，系统主要涉及了光电电池制造，其中在腔室之间的化学隔离是通过气门实现的，通过该气门(1)在处理室之间建立了同向流动的工艺气体，以及(2)惰性气体可以沿基材材料的卷材“横扫”。在前述美国专利No.4462332中公开的气门设计成能产生多个磁场，用于促使基材材料的磁性卷材抵靠着气门通路开口的壁，使该通路开口的高度降低。在所述的压力和流动方式下，该开口高度的降低相应地减少了工艺气体的量(否则该处理气体将从掺杂沉淀室中扩散到本征沉淀室中)，而不会相应地增加沉积在基材上的无定形半导体层接触到气门通路开口壁并被其损坏的风险。
尽管美国专利No.4462332中公开的磁性气门降低了通路开口的高度，但这种气门设计也引起了两个额外问题(1)上述的摩擦问题，以及(2)其将通路分成了宽和窄的两部分，如上文中曾讨论过的。由于后一个问题，穿过较宽下部的惰性横扫气体和残留的工艺气体非常多，足以充分避免掺杂剂气体进入本征室而引起交叉污染。然而，由于工艺气体的粘性，拖延了横扫气体沿着(1)上通道壁和(2)未涂覆的基材表面(其限定了通路的较窄上表面)的流动，从而使得通过其中的速度较小。因此，不希望的大量掺杂剂工艺气体就能够通过该狭窄的上部扩散入本征室中。
该交叉污染问题在美国专利No.4438724和4450786中通过提供多个伸长的凹槽(延长了气门通道开口的总长度)而得到了缓解，该凹槽从掺杂剂沉积室延伸到基材材料卷材上面通道开口壁中的邻近本征沉积室。以这种方式，在基材材料卷材的未涂覆表面和通路开口上壁之间提供了多个间隔开的相对高速的流动通道。由于横扫气体通过独立设备被迫使进入通道，因而尽管当所述气体接触通道壁和基材表面时会引起滞后，但它们仍以较大的速度在其中同向流动通过。尽管’724和’786专利中的气门缓解了通过前述狭窄上部时的交叉污染问题，但它没能缓解未涂覆基材面和上通道壁之间的摩擦损耗问题。
我们共同拥有和受让的美国专利No.5374313中的磁辊气门大大减少了基材未成层面和通道壁之间的摩擦损耗，并且不会显著增加沉积室之间工艺气体的交叉污染，在此将该专利引入作为参考。尽管’313专利的磁辊气门减少了摩擦损耗问题并且不会增加交叉污染问题，但现有技术的该气门不能用于可操作地互相连接腔室之间压力差大于大约10％的区域。然而在许多情况下，人们希望，如果不是必须的话，能够相互连接压力差大于一个数量级(即，例如压力分别为10-1和10- 3Torr)的两个处理室。
尽管前面的讨论涉及的是单个的掺杂剂沉积室和邻近的过渡室，显然对于任何采用连续滚动式沉积的设备和方法来说，其它的沉积室也可以与本发明的大气到真空的气门可操作地连接。例如，p型沉积室可以与本征沉积室的一侧连接，n型沉积室可以与该本征沉积室的另一侧连接，从而制作出p-i-n型半导体装置。或者，多个这种三联沉积室可以相互连接，从而制作出多个p-i-n型电池组。就此而言，本发明的改进气门可应用于任何需要化学隔离具有不同气压区域的连续生产设备或方法。
发明简述本发明涉及一种气门，其可以使基材卷材从具有一种压力的第一区域被连续引入到具有的压力与第一区域不同的第二区域。更具体地说，本发明涉及一种大气到真空的气门，其可以使卷材从大气压区域被连续引入到真空室中，或者从真空室到大气压区域。此外，本发明公开了一种用于在基材卷材上连续制造装置的设备，其是通过在至少一个真空沉积室中的基材卷材上沉积至少一层而实现的，其中该卷材可以从大气中通过第一过渡室被连续地引入沉积室(组)中，再从沉积室(组)中出来并通过第二过渡室进入大气中。本发明的气门可以用于任何卷材材料，包括但不限于热塑性聚合物，例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚砜、纤维素物质等等。每层的组成取决于所引入并与每个沉积室隔离开的特定气体。
在优选实施方案中，卷材从大气中进入到加压过渡室，在大气与过渡室之间具有本发明的气门，其导向一个或多个沉积室，接着从这些沉积室进入到具有本发明气门的第二加压过渡室，再回到大气中。更具体地说，过渡室和环境空气通过气门相隔开，该气门包括由一圆筒形成的相对狭窄的通道，(1)基材材料的卷材通过该圆筒；并且(2)其用于将环境空气与过渡室充分隔离以使得更换卷材时不用扰乱沉积室的气压。
本发明的气门包括一圆筒，位于安装在不同气压区域之间的外壳中。基材材料的卷材适于在圆筒上方的区域之间移动通过位于圆筒上外围表面和外壳之间的小间隙。该间隙足够宽，使得基材卷材能保持与圆筒接触而不会与外壳接触。辊安装在大气压区域和过渡室中，以引导基材材料的卷材进出该上外围间隙。在优选实施方案中，两套辊引导卷材进入该间隙，两套辊引导卷材移出该间隙，其使得辊与卷材之间的接触最小化。这些辊套件设置成产生一个进入圆筒的角度和移出圆筒的角度，因为该卷材呈圆筒上部外围部分那样的弧形。而且，这些角度有必要防止卷材与外壳相接触，接触会污染或损坏基材。在另一个实施方案中，辊设置成使每个辊的下外围表面位于圆筒上外围表面的下方，这样当卷材在第一辊的下方，在圆筒上方和第二辊下方前移时形成了张力。
在另一个实施方案中，卷材相对于圆筒的位置从该圆筒的上外围部分翻转到了圆筒的下外围部分。在该实施方案中，基材材料的卷材适于在圆筒下方的区域之间移动通过位于该圆筒下外围表面与外壳之间的小间隙。该下外围间隙足够宽，使得基材卷材能保持与圆筒接触而不会与外壳接触。辊安装在第一区域和第二区域中，以引导基材材料的卷材进出该下外围间隙。在优选实施方案中，两套辊引导卷材进入该间隙，两套辊引导卷材移出该间隙，这使得辊与卷材之间的接触最小化。这些辊套件设置成产生一个进入圆筒的角度和移出圆筒的角度，因为该卷材呈圆筒下外围部分那样的拱形。而且，这些角度有必要防止卷材与外壳相接触，接触会污染或损坏基材。在另一个实施方案中，辊设置成使每个辊的上外围表面位于圆筒下外围表面的下方，这样当卷材在第一辊的上方，在圆筒下方和第二辊上方前移时形成了张力。
优选地，第一区域和第二区域具有不同的气压，并且第一和第二腔室中的至少一个是可以抽空的。在优选实施方案中，本发明的气门可以使基材卷材从具有大气压力的气压区域移动到压力低于大气压的过渡室。而且，本发明的气门还可以使基材卷材从压力低于大气压的过渡室移动到具有大气压力的气压区域。
外壳具有顶板和底板，圆筒设置在该顶板和底板之间。优选地，顶板的外形设计得与圆筒的上外围部分的弧形大致相等。类似地，底板的外形优选设计得与圆筒的下外围部分的弧形大致相等。另外，外壳具有位于顶板和底板之间的第一侧壁和位于顶板和底板之间的第二侧壁。圆筒位于第一侧壁和第二侧壁之间，以便绕侧壁之间的轴旋转。第一O型环可设置在第一侧壁和圆筒之间。该第一O型环用于减少从第一侧壁和圆筒之间的空隙流入的空气。第二O型环可设置在第二侧壁和圆筒之间。该第二O型环用于减少从第二侧壁和圆筒之间的空隙流入的空气。优选地，O型环为C形状的O型环，其适合于接受压力以朝着圆筒方向压迫该O型环。可通过至少一个设置在第一侧壁和第一O型环之间的第一弹簧，和至少一个设置在第二侧壁和第二O型环之间的第二弹簧来施加压力。
该气门特征在于外壳顶板和圆筒上外围部分之间的通道或外壳底板和圆筒下外围部分之间的通道的高度，其取决于实施方案。通过其中的气体流速在圆筒入口和两个相互连接区域中的至少一个之间产生接近音速的气体流，从而通过减少接近音速流的区域内扩散物质碰撞之间的平均自由行程长度，有效地将具有一种组成和压力特征的一个区域与具有不同组成和/或压力的另一个区域相隔开。
本发明的一个实施方案是提供一种将不同气压区域相隔开的气门。
本发明的另一个实施方案是提供一种大气到真空的气门，其可将大气压区域与导向沉积室的可抽空的过渡室相隔开，这样不用沉积室通气就可以更换卷材卷。
本发明的另一个实施方案是提供一种用于在基材材料卷材上连续制造装置的连续滚动式设备，其具有的过渡室可以在不破坏沉积室真空状态的情况下更换开卷辊或卷绕辊。
当本发明的气门用在制造无定形半导体太阳能电池装置的设备上时，过渡室设置在开卷辊之后卷绕辊之前。适合于沉积无定形硅半导体合金的沉积室设置在过渡室之间。例如，基材卷材可以从大气压区域通过本发明的气门进入第一过渡室并继续行进到第一沉积室，在第一沉积室中将第一层沉积到基材的一个表面上，该基材可接着通过第二沉积室，在其中将第二层沉积在第一层的上面，该基材可再接着通过第二过渡室，然后继续行进通过本发明的气门并进入大气压区域。
附图简述
图1是包含多个p-i-n型电池组成的串列式或级联式光电装置的片段横截面视图，电池的每一层是由无定形硅合金材料制成；图2是多辉光放电室沉积系统的图示，其用于连续地制造图1中所示的光电装置，该系统包括优选实施方案的大气到真空的气门，用于隔离开卷辊和卷绕辊；图3是本发明气门的优选实施方案的侧视图，其中详细绘制了当基材材料的卷材从大气压中前移到真空压力下时，由两个辊和主圆筒形成的张力；图4是本发明气门的优选实施方案的侧视图，其中详细绘制了当基材材料的卷材从大气压中前移到真空压力下时，由四套辊，其中两套在大气压区域而两套在真空区域，和主圆筒形成的张力；图5是沿图4中线5-5的部分横截面视图，表示出了用于防止本发明的气门内部和大气压区域之间漏气的真空密闭端部密封垫的操作设置；以及图6是表示过渡室中压力，以纵坐标表示，和接近音速流通道中的空气流动，以横坐标表示，之间关系的曲线图。
图7是对图5中标记7的放大图，其表示了接受来自于弹簧的压力的U形状O型环。
发明详述本发明涉及一种设备，其使得基材的移动卷材可以从大气压区域被连续地引入真空室中。位于该生产机器另一端的类似装置使该卷材可以从真空室返回到大气压下。本发明的气门是结合串列式或级联式光电电池的制造来描述的，然而，这仅仅是出于示例的目的，并不应理解为限制性的。应当明白的是，这里所描述的气门的实施方案可以有效地结合到任何需要使材料卷材向前经过不同气压区域的系统中。而且，当卷材进出沉积室时，本发明的气门可以使各种沉积材料层沉积到基材卷材上而不让该卷材的沉积区域接触到任何固体物。
I.光电电池参见附图，尤其是图1，由连续的p-i-n型层构成的串列式或级联式光电电池由通用附图标记10表示，各层分别包括一种无定形硅合金材料。其用于制造这种类型的光电装置，其中无定形硅合金材料层在隔离的沉积室中被连续地沉积到基材材料的移动卷材上，其中采用了本发明的气门。
图1表示的是p-i-n型光电装置，例如由单个p-i-n型电池12a、12b和12c制成的太阳能电池。在最下面的电池12a下方是基材11，其可以是透明的或者由金属表面的箔片构成。尽管一些应用中在应用无定形半导体材料之前可能需要一层薄的氧化层和/或一系列底层接触，但对于本申请的目的来说，术语“基材”应当不仅包括柔性膜，还包括任何通过预处理过程加入其中的元素。基材材料11可以是不锈钢、铝、钽、钼或铬，以及由合成聚合物、玻璃或类玻璃材料制成的基材，其上面加了导电性电极。
电池12a、12b、12c各包括一种至少含有硅合金的无定形半导体主体。每个半导体主体包括n型导电区域或层20a、20b和20c；本征区域或层18a、18b和18c；以及p型导电区域或层16a、16b和16c。这里使用的术语“无定形”包括所有呈现出远程无序性的材料，无论其短或中程顺序如何并且无论这些材料是否标注为多晶体型或晶体型。如图所示，电池12b为中间电池，并且如图1所示，可以在所示电池的上面层叠其它的中间电池而不偏离本发明的实质或范围。而且，尽管表示的是串列式p-i-n型电池，但本发明的气门同样适用于任何多腔室的设备。本发明这里描述的新型大气到真空的气门可结合到沉积过程中用以制造p-i-n型电池。然而，很显然本发明的新型气门还可应用于任何需要隔离不同气压区域的系统，例如用于制造n-i-p型电池的沉积系统、化学汽相沉积系统、其它的有机半导体或有机发光二极管(OLED)材料。
对于每个12a、12b和12c电池，p型和n型半导体材料层的特征在于透光性和高度导电性。半导体材料的本征层的特征在于调节的太阳能感光性的波长域值，高光吸收率，低暗导电率以及高光导电性，其包括足够量的一种或多种能带间隙调节元素，以优化特定电池应用中的能带间隙。优选地，当光从顶部进入半导体材料时，对半导体材料的本征层，要将能带间隙调节得使电池12a具有最低的能带间隙，电池12c具有最高的能带间隙，以及电池12b的能带间隙位于这二者之间。然而，如果光从底部进入该半导体材料时，对半导体材料的本征层，要将能带间隙调节得使电池12a具有最高的能带间隙，电池12c具有最低的能带间隙，以及电池12b的能带间隙位于这二者之间。n型半导体材料层的特征在于低光吸收率和高导电性。本征材料的能带间隙调节层的厚度可以在800至5000埃的范围。n型和p型层的厚度可以在25至400埃的范围内。
II.多辉光放电沉积室现在翻到图2，如前面所描述的，用于连续制造串列式光电电池的多辉光放电室沉积设备的图示由附图标记100通用地表示出。该多辉光放电室沉积设备100包括过渡室200a和200b，其通过根据本发明原理的大气到真空的气门与大气相连。第一过渡室200a接收来自于具有大气压力的大气压区域中的开卷辊202上的卷材，并将该卷材导向沉积室。第二过渡室200b接收来自于沉积室的卷材，并将该卷材导回大气压区域和卷绕辊203。该设备100包括多个专用沉积室，其与邻近的腔室相互连接。这里使用的术语“隔离”意思是基本上防止引入邻近沉积室之一中的反应气体混合物交叉污染了引入该附近腔室中的混合物。注意“基本上”一词用于修饰“防止”，因为没有100％效果的隔离机制。
设备100适合于将大量具有p-i-n型构造的大面积无定形光电电池沉积到连续进入其中的基材11的表面。为沉积制造p-i-n式构造的串列式电池所需的无定形半导体材料层，设备100包括至少一组三联沉积室，每个三联沉积室包括第一沉积室28，当基材11通过其中时无定形硅合金材料的p型导电层被沉积到该基材11的表面上；第二沉积室30，当基材11通过其中时无定形硅合金材料的本征层被沉积到基材11上的p型层上；以及第三沉积室32，当基材11通过其中时硅合金材料的n型导电层被沉积到基材11表面上的本征层上。
很显然(1)尽管描述的是一组三联沉积室，但可以将额外的三联室或额外的单个腔室加到该设备中，使该设备能够生产具有任何层数的光电电池；(2)本发明的大气到真空的气门可应用于任何基材必须从大气压下移至真空区域或从真空区域移至大气压下的环境中；(3)尽管所示和所述的基材材料是连续的材料卷材，但本发明的概念适用于将连续的层沉积在不连续的基材板上，该基材板可以连续地进入经过多个沉积室；(4)尽管未画出，但其它的腔室(例如用于将TCO层加到光电装置最上面的掺杂剂层上的腔室)也可以可操作地与该辉光放电设备100相连；并且(5)基材开卷辊202和基材卷绕辊203没有在单独的腔室中画出。然而，各个辊可以在大气压下的任何区域，例如真空室，或者气压高于过渡室的任何区域。
为形成图1所示的光电电池10，将无定形硅合金材料的p型层在沉积室28中沉积到基材11上，无定形硅合金材料的本征层在沉积室30中沉积到n型层上，以及无定形硅合金材料的n型层在沉积室32中沉积到本征层上。设备100连续地将至少三层无定形硅合金材料沉积到基材11上，其中在沉积室30中沉积的本征层在组成上不同于在沉积室28和32中沉积的层，因为其中至少缺乏一种被称作掺杂剂或掺杂物质的元素。
沉积到基材11表面上的每层(特别是本征层)具有高纯度是很重要的，以便能制造高功效的光电装置10。因此需要基本上防止对基板的污染和/或损伤，以及工艺气体进入其它的沉积室引起交叉污染。为了防止工艺气体从掺杂剂沉积室28和32通过现有技术的气门42向后扩散到本征沉积室30，p型掺杂剂沉积室28和n型掺杂剂沉积室32要保持内压低于本征沉积室30，如美国专利No.5374313中所述，在此引入其作为参考。为此，每个沉积室可以具有自动节流阀、泵和压力计(未示出)。每个节流阀可操作地与各自泵连接，以便从沉积室中排出过量和用完的沉积成分。每个绝对压力计可操作地与各沉积室和一个节流阀连接，用以控制所述沉积室内的压力。因此，在邻近的腔室之间建立和保持了恒定的压力差。
现在翻到图3和4，分别用附图标记300和400通用地表示本发明的隔离通道的实施方案。应当注意的是，该隔离通道是由一个内部的、通常为细长的圆筒110构成的。该圆筒110的圆周面可由多种材料制成，包括但不限于，金属例如铝，合金例如不锈钢和KOVAR，或者复合材料如电镀板或碳/环氧树脂。优选地，该圆筒由易于机械加工的金属制成，该选择的金属也可以用于制作外壳120，包括顶板103a、底板103b、第一侧壁121a和第二侧壁121b，这样其热膨胀性相匹配。优选地，该圆筒的圆周面是光滑的，从而可以减少引入不同压力的空气，这些空气在进入卷材和圆筒圆周面之间形成的空间后可能进入邻近的腔室。本发明的气门可用于任何卷材材料，例如热塑性聚合物，如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚砜、纤维素物质等等。卷材的厚度优选为大约0.05mm至大约5mm，取决于预计的应用。然而，基材材料可以由磁性材料制成，并且可以通过磁性吸引力促使该基材与圆周面接触。
圆筒110的长度取决于基材材料卷材11的宽度，该卷材适合于通过过渡室101和大气压区域102之间。圆筒110的长度必须至少等于卷材11的宽度。该隔离通道还包括外壳，通用附图标记120表示，其具有第一侧壁121a、第二侧壁121b、顶板103a和底板103b。该圆筒110固定在侧壁121a和121b之间，使得该圆筒可绕侧壁121a和121b之间的轴旋转。更具体的说，基材材料的卷材11通过导入槽104a进入隔离通道并通过出口槽104b从通道出来。顶板103a在构造上可以是大致的弧形，以与圆筒110的上外围部分的弧形一致，并固定在过渡室101的壁上。类似的，底板103b在构造上可以是大致的弧形，以与圆筒110的下外围部分的弧形一致，并固定在过渡室101的壁上。顶板103a的形状优选为大致的弧形构造，以便处于所有与基材材料的卷材11的邻接表面等距的点上，其呈现出被它紧紧挤压着的圆筒110的上外围部分的轮廓。图4表示了本发明隔离通道的优选实施方案，其中基材卷材11从大气压区域102通过上外围间隙前移到可抽空的过渡真空室101。尽管空气能够通过顶板和基材11之间的间隙进入过渡室101，但通过使该间隙保持足够狭窄是可以控制所述空气量的。优选地，该间隙的宽度大约等于通过其中的基材材料卷材11的宽度。
沉积的阴极可以在该卷材的下方或者上方。在另一个实施方案中，卷材适合于在圆筒的下外围部分和底板之间形成的下外围间隙中移动。下外围间隙足够宽，使该基材卷材可以保持与圆筒接触而不接触到外壳。辊设置得使该卷材可以在圆筒110的下外围部分与底板103b之间进行处理。在该实施方案中，底板103b形状优选为大致的弧形构造，以便处于所有与基材材料卷材11的邻接表面等距的点上，其呈现出被它紧紧挤压着的圆筒110的下外围部分的轮廓。尽管空气能够通过底板和基材11之间的间隙进入过渡室101，但通过使该间隙保持足够狭窄是可以控制所述空气量的。
由于圆筒在外壳中旋转，空气就可能从圆筒和侧壁之间泄露出来。在优选实施方案中，为减少空气泄露的可能性，可在圆筒110的每一面与每个侧壁121a和121b之间设置一个O型环301，以减小空气流入真空过渡室101中，如图5所示。可以将O型环301设置成与侧壁121a和121b的内侧，以及与圆筒110保持接触。优选地，该O型环301由底摩擦力低磨损的材料制成，例如聚四氟乙烯，商品名为TEFLON，因为其接触到至少一个移动表面。O型环301可以是任何可提供侧壁121a和121b与圆筒110之间的密封的圆形装置。在优选实施方案中，在圆筒110的每一侧与各侧壁121a和121b之间设置了U形或C形的O型环301，其中该U形或C形环的光滑/闭合端与各自侧壁121a和121b的内壁接触。图7中表示了C形的O型环密封垫70的部分横截面。也可以使用U形的O型环。密封垫的开口，即U形或C形的开口端，应当面对系统压力，以使得当从各侧壁121a和121b向圆筒110施加轴向压力时，自助力效果最大化。可通过至少一个弹簧72来施加系统压力。例如，可以将至少一个弹簧72，优选为螺旋式弹簧，设置在U形环的开口端和圆筒110中的圆形凹槽内，以提供从侧壁121b到O型环70朝着圆筒110的压力，如图7所示。优选地，加入几个弹簧以增加固定接触点的数目。侧壁121a(未画出)和121b应设计得能完全覆盖圆筒110两边的圆形凹槽和O型环，从而减少可能发生的空气泄露。系统压力从各侧壁121a(未画出)和121b朝着圆筒方向挤压O型环70。这可以通过在圆筒110的周围加入几个弹簧来实现。
在优选实施方案中，两套辊401a和401b引导着卷材进入导入槽104a，两套辊402a和402b引导着卷材11从出口槽104b中出来，如图4所示。这些辊套件401a、401b、402a和402b适合于使基材卷材11通过每个套件之间以减小辊与卷材之间的接触面积。在第一区域(其可以为大气压区域)中的第一套辊401a保持着开卷辊202和第一套辊401a之间区域中卷材11的张力。在第一区域中的第二套辊401b保持着第二套辊401b和导入槽104a之间区域中卷材11的张力。第一套辊401a和第二套辊401b之间卷材11的张力要减小以形成一个角度，用于平滑地进入导入槽104a，如图4所示。在第二区域101(其可以为真空过渡室)中的第三套辊402a保持着出口槽104b和第三套辊402a之间区域中卷材11的张力。在第二区域101中的第四套辊402b保持着第四套辊402b和沉积室入口之间区域中卷材11的张力。第三套辊402a和第四套辊402b之间卷材11的张力要减小以形成一个角度，用于平滑地从出口槽104b出来，如图4所示。为防止污染或损坏基材材料卷材11，该角度应设置成使卷材11不接触顶板103a并且顶板103a和圆筒110的上外围部分之间的间隙最小。该间隙的大小取决于基材的厚度和要沉积在该基材上的层的厚度。通过上述说明应当明白，本发明的气门可以以类似的形式设置在过渡室和卷绕辊之间。
辊401a、401b、402a和402b的形状要避免与沉积区域相接触。该辊401a、401b、402a和402b的边缘稍微抬高以使得卷材11平滑的移过系统，而避免与卷材11的沉积区域相接触。当辊夹紧卷材11的边缘时，该辊401a、401b、402a和402b的内部区域不会接触到卷材11，从而避免接触沉积表面。优选地，当进或出沉积区域时，基材卷材的一面不接触任何的固体物，例如辊、圆筒或外壳。这对于制造OLED尤为重要，其中进入机器中的卷材可能已经具有了不能触及的有机预涂层。
优选地，顶板103a的形状为大致的环形构造，从而处于所有与基材材料卷材11的邻接表面等距的点上，其呈现出被它紧紧挤压着的圆筒110的轮廓。类似地，底板103b的形状优选为大致的环形构造，从而处于所有与圆筒110的下外围表面等距的点上。由底板103b与圆筒110的下外围表面之间的距离形成的间隙优选等于或小于顶板103a与圆筒110上外围表面之间的间隙。这有些依赖于在圆筒110的上外围表面上移动的基材材料卷材11的厚度。
图3表示了本发明的另一个实施方案，其中在位于圆筒110近端105a和远端105b两处张紧辊的帮助下，卷材10与圆筒110保持着紧密接触。在圆筒近端处的第一辊105a处于大气压区域。在圆筒远端的第二辊105b处于过渡室真空中。通过转动的辊105a和105b产生的张力，基材材料卷材11被紧紧抵靠在圆筒110的上外围表面上。辊105a和105b设置成使得每个辊105a和105b的下外围表面低于圆筒110的上外围表面，这样当卷材11在第一辊105a下方、圆筒110上方和第二辊105b下方前移时就产生了张力。该张力使卷材11紧紧地抵靠着每个辊105a和105b的下外围表面和圆筒110的上外围表面。卷材11进入过渡真空室101时，近端的辊105b设置成使卷材11能平滑地进入圆筒110，并在圆筒的上外围部分与外壳120的顶板103a之间。圆筒110的上外围部分与外壳120的顶板103a之间形成了小间隙。卷材11进入导入槽104a，通过近端辊105a并导入上间隙。
从附图和上述说明应当明白，卷材和辊的位置可以互换，从而制造出使卷材通过位于圆筒下外围部分与底板之间的下外围间隙而从一个区域移动到另一个区域的气门。然而，上间隙的实施方案和下间隙的实施方案的物理性质保持不变。
在卷材通过下外围间隙移动的实施方案中，第一套两个辊用于将卷材从第一区域其可以为大气压区域通过下外围间隙导入导入槽，两套辊将卷材通过下外围间隙从出口槽中导出到第二区域(其可以为真空过渡室)。这些辊套件用于使基材卷材通过每套辊之间，以减少辊与卷材之间的接触面积。在第一区域中的第一套辊保持着开卷辊和第一套辊之间区域中卷材的张力。在第一区域中的第二套辊保持着第二套辊和下外围间隙的导入槽之间区域中卷材的张力。第一套辊和第二套辊之间卷材的张力要减小以形成一个角度，用于平滑地进入下外围间隙的导入槽。在第二区域中的第三套辊保持着下外围间隙的出口槽和第三套辊之间区域中卷材的张力。在第二区域中的第四套辊保持着第四套辊和沉积室入口之间区域中卷材的张力。第三套辊和第四套辊之间卷材的张力要减小以形成一个角度，用于平滑地从出口槽出来。为防止污染或损坏基材材料卷材，该角度应设置成使卷材不接触底板并且底板和圆筒下外围部分之间的间隙最小。该间隙的大小取决于基材的厚度和要沉积在该基材上的层的厚度。通过上述说明应当明白，本发明的气门可以以类似的形式设置在过渡室和卷绕辊之间。
在卷材移动通过圆筒下外围部分与底板之间的下间隙的本发明另一个实施方案中，在位于圆筒近端和远端两处的张紧辊的帮助下，卷材与圆筒保持着紧密接触。在圆筒近端处的第一辊处于大气压区域，在圆筒远端的第二辊处于过渡室真空中。通过转动的辊产生的张力，基材材料卷材被紧紧抵靠在圆筒的下外围表面上。该辊设置成使得每个辊的上外围表面高于圆筒的下外围表面，这样当卷材在第一辊上方、圆筒下方和第二辊上方前移时就产生了张力。该张力使卷材紧紧地抵靠着每个辊的上外围表面和圆筒的下外围表面。卷材进入过渡真空室时，近端的辊设置成使卷材能平滑地进入圆筒，并在圆筒的下外围部分与外壳的底板之间。圆筒的下外围部分与外壳的底板之间形成了小间隙。卷材进入下间隙导入槽，通过近端辊并导入下间隙。
现在翻到图5，其为采用了本发明分离通道100的内部柱形圆筒110的横截面视图，以便最佳地表示出其圆周表面。更具体的说，圆筒110包括外围表面，其抵靠着基材材料卷材11被促使连续接触的部分。外围表面的长度应当至少与紧靠着其通过的基材材料卷材11的宽度一样宽，这样卷材11的整个宽度可接触到该外围表面。尽管没有画出，但可以采用驱动系统来提供圆筒110的旋转，这样圆筒110的旋转就可用来提供在基材驱动组件中间的基材材料卷材11上的张力。由于现在可以将张紧张力设在基材材料卷材11上，该卷材11的翘曲和折叠几乎完全被消除了，从而使通道开口的总高度减小，因此降低了过渡室101中真空压力升高到不合格水平的可能性。
还应当注意，并由图3最佳表示出，可以以与导向辊105a和105b相关的角度将基材材料卷材11引入导入槽或者从出口槽出来，因为形成的切线样式中基材材料卷材11围绕了两个转向辊105a和105b以及环形圆筒110的部分外围。为防止污染或损坏基材材料卷材11，该角度应当设置成使卷材不会接触到顶板103a并且使顶板103a与圆筒110的上外围部分之间的间隙最小。
在过渡室的底面，连接了阀和用于抽空腔室的装置以使得可以减小该过渡室内的压力，如图3和4所示。用于抽空腔室的装置可以是真空泵，例如扩散泵或任何其它的能够降低可抽空腔室中的压力的装置。当空气流过该间隙时，气压力降低，结果空气的速度增加。当速度变到接近音速时，顶板103a和圆筒110上外围部分之间的间隙中的气体通导性变为“阻塞的”，腔室真空的任何压力的降低都不会形成气流的进一步增加，如1994年12月20日授予Doehler等人的美国专利No.5374313中所述，在此将其引入作为参考。假设有一对间隙，一个位于圆筒的上外围表面，另一个位于圆筒的下外围表面，12英寸宽(典型的卷材宽度)，0.001英寸高，10英寸长(大约1英尺直径的圆筒周长的1/4)，在低于大约0.4Torr的压力时通导性变为阻塞的。在0.4Torr或更低压力时，由于在过渡室的泵处的漏气导致的气体负载大约为200sccm。该气体负载在上述给定参数下是合理的，其通过至少一种抽空所述过渡室的装置如扩散泵来抵消。换句话说，这里所述的新型发明可以在一个步骤中将卷材从大气压力下带到豪托压力范围中，即大约0.001Torr至0.01Torr。
气体负载较大程度上取决于能够在圆筒外围表面和外壳之间保持的间隙。在另一个实施方案中，间隙为0.002英寸厚。这将气体负载增加到了大约1600sccm。在该实施方案中，可以加入两种用于抽空过渡室的装置以获得和保持豪托的压力范围。此外，可以加入多个扩散泵以满足带有给定间隙的给定系统的需要。应当明白的是，这些给出的实例并非限制性的。卷材宽度的范围、间隙宽度的范围、圆筒直径的范围和过渡室中压力的范围可以设置在任何水平，只要该系统基本的物理性质可以使过渡室保持大气压以下的恒定压力，优选大约.01Torr或更低，最优选为豪托级范围，即大约0.001Torr至大约0.01Torr。
如上所述，需要控制沿着圆筒侧面泄露的空气以达到和保持在豪托压力范围下。可以在圆筒每侧的外环内设置一个O型环来限制该区域中空气间隙的宽度。这使得圆筒具有在空气中的轴承和机械驱动系统。在周围环境与气门圆筒的边缘部分之间设置紧密的密封是必要的。本发明的气门可以结合使用端部密封，如1988年2月9日授予Ovshinsky等人的美国专利No.4723507中所述，在此引入作为参考。每个端部密封通常为环状，并具有基本呈E形的横截面构造。该E形的外端部密封的径向最外部的固定部分适合接受在其中的外封壁，而该E形密封的径向最里部的固定部分适合接受在其中的细长圆筒的外围边缘。最里面的固定形状部分的径向最内壁和最外面的固定部分的径向最外部分都是为了接受间隔的O型环。可以将泵可操作地设置并用于抽空从E形密封垫的上下固定部分的各对O形环之间的空间中扩散的任何气体，以防止污染物从大气中引入真空过渡室中。
在另一个实施方案中，本发明的气门采用了磁性辊来准确和安全地引导可磁吸引的基材通过通道。该磁性辊减少了基材的摩擦损耗。
接下来简要说明一下本发明气门的物理/机械性能。图6是表示过渡室中压力，以纵坐标表示，和间隙中的空气/气体流动速率，以横坐标表示，之间关系的曲线图。通过观察该图可以看出，当过渡室中的压力等于大气压区域中的压力(Po)时，间隙中没有空气/气体流动。随着过渡室中压力下降，空气/气体流动增加，直到间隙中的气体接近音速为止。该临界压力用Pc表示，该压力下的流速用Fmax表示。超过该临界压力后过渡室中压力的任何进一步减小都不会增加通过该间隙的空气/气体的流速。
在小于该临界压力的压力下，系统空气/气体流被固定并且不再增加，无论过渡室中的压力降到多低的程度。这可以通过参考间隙中空气/气体的相对速率和过渡室中压力扰动来表示。空气/气体内的压力扰动(噪音、压力下降等)在空气/气体中以在该空气/气体中的“音速”运行。因此，在过渡室中的任何压力改变都可以以接近音速传播通过间隙。然而，当过渡室压力低于Pc时，间隙中空气/气体的流速是接近音速。这样，压力扰动将不再会传播到间隙内的上游部分。因此，过渡室内任何进一步的压力减小(例如压力扰动)将不会传到上游，从而间隙中的空气/气体的流速就固定在了Fmax。而且，还可以看出一旦系统流速固定了，间隙中的压力就总是大于或等于Pc。该固定的流动模式也称作阻塞模式。
应当明白，本发明并不限于所示实施方案的精确构造。前面对这些优选实施方案的说明应看成是示例而不是对本发明的限制。以下的权利要求，包括所有的等同方案，才对本发明的范围有所限制。
权利要求
1.一种将具有一种气压的第一区域与具有一种气压的第二区域相互连接的设备，其中所述第一区域的气压不同于所述第二区域的气压，所述设备包括使所述第一区域和所述第二区域互相连接的气门，所述气门包括圆筒，其具有上外围部分和下外围部分，设置在外壳中，基材材料卷材通过该外壳在所述第一区域和所述第二区域之间移动，所述卷材与所述圆筒的上外围部分保持接触，以在所述卷材和所述外壳之间形成一个上间隙；至少一个设置在所述第一区域中的辊，所述至少一个第一区域的辊用于引导所述卷材进入所述上间隙；至少一个设置在所述第二区域中的辊，所述至少一个第二区域的辊用于引导所述卷材从所述上间隙中出来；以及至少一种用于抽空所述第一区域和所述第二区域中的至少一个的装置。
2.权利要求1所述的设备，所述外壳具有顶板和底板，其中所述圆筒设置在所述顶板和所述底板之间。
3.权利要求2所述的设备，所述顶板具有一轮廓，其中所述顶板轮廓被设计成大致等于所述圆筒上外围部分的弧形。
4.权利要求2所述的设备，所述底板具有一轮廓，其中所述底板轮廓被设计成大致等于所述圆筒下外围部分的弧形。
5.权利要求2所述的设备，所述外壳具有位于所述顶板和所述底板之间的第一侧壁，和位于所述顶板和所述底板之间的第二侧壁，其中所述圆筒设置在所述第一侧壁和第二侧壁之间以绕着所述第一侧壁和第二侧壁之间的轴旋转。
6.权利要求1所述的设备，其中所述圆筒的圆周面接触到基材材料卷材，其由低摩擦力低导热性的材料制成。
7.权利要求1所述的设备，其中所述圆筒的圆周面由选自铝、不锈钢、电镀钢和硼硅酸盐玻璃的材料制成。
8.权利要求1所述的设备，其中所述基材材料选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚砜和纤维素物质。
9.权利要求1所述的设备，其中所述第一区域和所述第二区域之一被抽空至大约0.001Torr到0.01Torr的压力下。
10.权利要求1所述的设备，其中所述至少一种用于抽空的装置是至少一个扩散泵。
11.权利要求3所述的设备，所述顶板处于所有与所述卷材等距的位点上，其中所述上间隙保持所述卷材和所述顶板之间的距离一致。
12.权利要求2所述的设备，所述至少一个第一区域辊包括一个第一区域辊，其中所述一个第一区域引导所述卷材以足以避免卷材接触所述顶板的角度进入所述间隙。
13.权利要求2所述的设备，所述至少一个第二区域辊包括一个第二区域辊，其中所述一个第二区域引导所述卷材以足以避免卷材接触所述顶板的角度从所述间隙中出来。
14.权利要求2所述的设备，所述至少一个第一区域辊包括第一套辊和第二套辊，其中所述卷材在所述第一套辊的每个辊和所述第二套辊的每个辊之间移动，其中所述第一和第二套辊的每个辊保持与所述卷材接触并足以使所述卷材移入所述间隙，其中所述第一套和所述第二套辊之间的张力减小在所述卷材上形成一个角度，足以使所述卷材避免与所述顶板接触。
15.权利要求14所述的设备，所述至少一个第二区域辊包括第三套辊和第四套辊，其中所述卷材在所述第三套辊的每个辊和所述第四套辊的每个辊之间移动，其中所述第三和第四套辊的每个辊保持与所述卷材接触并足以使所述卷材从所述间隙中移出，其中所述第三套和所述第四套辊之间的张力减小在所述卷材上形成一个角度，足以使所述卷材避免与所述顶板接触。
16.权利要求2所述的设备，所述上间隙在所述第一区域和所述第二区域之间形成了上间隙漏气，以及在所述圆筒的所述下外围部分与所述底板之间的下间隙形成了在所述第一区域和所述第二区域之间的下间隙漏气，所述气门的特征在于每个所述间隙的高度为大约0.001，所述卷材的宽度为大约12英寸，所述圆筒直径为大约1英尺，并且所述豪托级压力最多为0.4Torr，在所述用于抽空装置上的气体负载为大约200SCCM，因而提供了泄漏气体接近音速流动的阻塞模式。
17.一种用于使基材材料卷材从大气压区域连续移动到真空室的设备，所述设备包括可抽空的真空室；用于抽空所述真空室至低于大气压的压力下的装置；使所述大气压区域和所述真空室相互连接的气门，所述气门包括，圆筒，其具有上外围部分，设置在外壳中，基材材料卷材通过该外壳在所述大气压区域和所述真空室之间移动，所述卷材与所述圆筒的上外围部分保持接触以在所述卷材和所述外壳之间形成一个间隙；设置在所述大气压区域中的第一辊，所述第一辊用于引导所述卷材进入所述间隙；以及设置在所述真空室中的第二辊，所述第二辊用于引导所述卷材从所述间隙中出来。
18.权利要求17所述的设备，所述外壳具有顶板和底板，其中所述圆筒设置在所述顶板和所述底板之间。
19.权利要求18所述的设备，所述顶板具有一轮廓，其中所述顶板轮廓被设计成大致等于所述圆筒上外围部分的弧形。
20.权利要求18所述的设备，所述底板具有一轮廓，其中所述底板轮廓被设计成大致等于所述圆筒下外围部分的弧形。
21.权利要求18所述的设备，所述外壳具有位于所述顶板和所述底板之间的第一侧壁，和位于所述顶板和所述底板之间的第二侧壁，其中所述圆筒设置在所述第一侧壁和第二侧壁之间以绕着所述第一侧壁和第二侧壁之间的轴旋转。
22.权利要求17所述的设备，其中所述圆筒的圆周面接触到基材材料卷材，其由低摩擦力低导热性的材料制成。
23.权利要求17所述的设备，其中所述圆筒的圆周面由选自铝、不锈钢、电镀钢和硼硅酸盐玻璃的材料制成。
24.权利要求23所述的设备，其中所述基材材料选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚砜和纤维素物质。
25.权利要求17所述的设备，其中所述用于抽空的装置将所述真空室抽空至大约0.001Torr到0.01Torr的压力下。
26.权利要求17所述的设备，其中所述用于抽空的装置为扩散泵。
27.权利要求19所述的设备，所述顶板处于所有与所述卷材等距的位点上，其中所述间隙保持所述卷材和所述顶板之间的距离一致。
28.权利要求17所述的设备，其中所述第一辊引导所述卷材以足以避免卷材接触所述顶板的角度进入所述间隙。
29.权利要求17所述的设备，其中所述第二辊引导所述卷材以足以避免卷材接触所述顶板的角度从所述间隙中出来。
30.一种用于使基材材料卷材从大气压区域连续移动到真空室的设备，所述设备包括可抽空的真空室；用于抽空所述真空室至低于大气压的压力下的装置；使所述大气压区域和所述真空室相互连接的气门，所述气门包括，圆筒，其具有上外围部分，设置在外壳中，基材材料卷材通过该外壳在所述大气压区域和所述真空室之间移动，所述卷材与所述圆筒的上外围部分保持接触以在所述卷材和所述外壳之间形成一间隙；第一套辊和第二套辊，其中所述卷材在所述第一套辊的每个辊和所述第二套辊的每个辊之间移动，其中所述第一和第二套辊的每个辊保持与所述卷材接触并足以使所述卷材移入所述间隙，其中所述第一套和所述第二套辊之间的张力减小在所述卷材上形成一个导入角度，足以使所述卷材避免与所述顶板接触；以及第三套辊和第四套辊，其中所述卷材在所述第三套辊的每个辊和所述第四套辊的每个辊之间移动，其中所述第三和第四套辊的每个辊保持与所述卷材接触并足以使所述卷材从所述间隙中移出，其中所述第三套和所述第四套辊之间的张力减小在所述卷材上形成一个出口角度，足以使所述卷材避免与所述外壳接触。
31.权利要求30所述的设备，所述外壳具有顶板和底板，其中所述圆筒设置在所述顶板和所述底板之间。
32.权利要求31所述的设备，所述顶板具有一轮廓，其中所述顶板轮廓被设计成大致等于所述圆筒上外围部分的弧形。
33.权利要求31所述的设备，所述底板具有一轮廓，其中所述底板轮廓被设计成大致等于所述圆筒下外围部分的弧形。
34.权利要求31所述的设备，所述外壳具有位于所述顶板和所述底板之间的第一侧壁，和位于所述顶板和所述底板之间的第二侧壁，其中所述圆筒设置在所述第一侧壁和第二侧壁之间以绕着所述第一侧壁和第二侧壁之间的轴旋转。
35.权利要求30所述的设备，其中所述圆筒的圆周面接触到基材材料卷材，其由低摩擦力低导热性的材料制成。
36.权利要求30所述的设备，其中所述圆筒的圆周面由选自铝、不锈钢、电镀钢和硼硅酸盐玻璃的材料制成。
37.权利要求30所述的设备，其中所述基材材料选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚砜和纤维素物质。
38.权利要求30所述的设备，其中所述用于抽空的装置将所述真空室抽空至大约0.001Torr到0.01Torr的压力下。
39.权利要求30所述的设备，其中所述用于抽空的装置为扩散泵。
40.权利要求31所述的设备，所述顶板处于所有与所述卷材等距的位点上，其中所述间隙保持所述卷材和所述顶板之间的距离一致。
41.权利要求1所述的设备，其中所述圆筒的端部通过环形端部密封形成防漏的。
42.权利要求41所述的设备，其中每个端部密封包括一对间隔的O形环。
43.权利要求42所述的设备，其中具有泵用以抽空各O型环之间的空隙。
44.一种将具有一种气压的第一区域与具有一种气压的第二区域相互连接的设备，其中所述第一区域的气压不同于所述第二区域的气压，所述设备包括使所述第一区域和所述第二区域互相连接的气门，所述气门包括圆筒，其具有上外围部分和下外围部分，设置在外壳中，基材材料卷材通过该外壳在所述第一区域和所述第二区域之间移动，所述卷材与所述圆筒的下外围部分保持接触以在所述卷材和所述外壳之间形成一个下间隙；至少一个设置在所述第一区域中的辊，所述至少一个第一区域的辊用于引导所述卷材进入所述下间隙；至少一个设置在所述第二区域中的辊，所述至少一个第二区域的辊用于引导所述卷材从所述下间隙中出来；以及至少一种用于抽空所述第一区域和所述第二区域中的至少一个的装置。
45.权利要求44所述的设备，所述外壳具有顶板和底板，其中所述圆筒设置在所述顶板和所述底板之间。
46.权利要求45所述的设备，所述顶板具有一轮廓，其中所述顶板轮廓被设计成大致等于所述圆筒上外围部分的弧形。
47.权利要求45所述的设备，所述底板具有一轮廓，其中所述底板轮廓被设计成大致等于所述圆筒下外围部分的弧形。
48.权利要求45所述的设备，所述外壳具有位于所述顶板和所述底板之间的第一侧壁，和位于所述顶板和所述底板之间的第二侧壁，其中所述圆筒设置在所述第一侧壁和第二侧壁之间以绕着所述第一侧壁和第二侧壁之间的轴旋转。
49.权利要求44所述的设备，其中所述圆筒的圆周面接触到基材材料卷材，其由低摩擦力低导热性的材料制成。
50.权利要求44所述的设备，其中所述圆筒的圆周面由选自铝、不锈钢、电镀钢和硼硅酸盐玻璃的材料制成。
51.权利要求44所述的设备，其中所述基材材料选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚砜和纤维素物质。
52.权利要求44所述的设备，其中所述至少一种用于抽空的装置将所述过渡室抽空至大约0.001Torr到0.01Torr的压力下。
53.权利要求44所述的设备，其中所述至少一种用于抽空所述过渡室的装置是扩散泵。
54.权利要求46所述的设备，所述底板处于所有与所述卷材等距的位点上，其中所述上间隙保持所述卷材和所述顶板之间的距离一致。
55.权利要求45所述的设备，所述至少一个第一区域辊包括一个第一区域辊，其中所述一个第一区域辊引导所述卷材以足以避免卷材接触所述底板的角度进入所述间隙。
57.权利要求45所述的设备，所述至少一个第二区域辊包括一个第二区域辊，其中所述一个第二区域辊引导所述卷材以足以避免卷材接触所述底板的角度从所述间隙中出来。
58.权利要求45所述的设备，所述至少一个第一区域辊包括第一套辊和第二套辊，其中所述卷材在所述第一套辊的每个辊和所述第二套辊的每个辊之间移动，其中所述第一和第二套辊的每个辊保持与所述卷材接触并足以使所述卷材移入所述下间隙，其中所述第一套和所述第二套辊之间的张力减小在所述卷材上形成一个角度，足以使所述卷材避免与所述底板接触。
59.权利要求45所述的设备，所述至少一个第二区域辊包括第三套辊和第四套辊，其中所述卷材在所述第三套辊的每个辊和所述第四套辊的每个辊之间移动，其中所述第三和第四套辊的每个辊保持与所述卷材接触并足以使所述卷材从所述下间隙中移出，其中所述第三套和所述第四套辊之间的张力减小在所述卷材上形成一个角度，足以使所述卷材避免与所述底板接触。
60.权利要求45所述的设备，所述下间隙在所述第一区域和所述第二区域之间形成了下间隙漏气，以及在所述圆筒的所述上外围部分与所述顶板之间的上间隙形成了在所述第一区域和所述第二区域之间的上间隙漏气，所述气门的特征在于每个所述间隙的高度为大约0.001英寸，所述卷材的宽度为大约12英寸，所述圆筒直径为大约1英尺，并且所述豪托级压力最多为0.4Torr，在所述用于抽空装置上的气体负载为大约200 SCCM，因而提供了泄漏气体接近音速流动的阻塞模式。
61.权利要求48所述的设备，还包括设置在第一侧壁和圆筒之间的第一O型环，所述第一O型环用于减少空气从第一侧壁和圆筒之间的空间流入，并且还包括设置在第二侧壁和圆筒之间的第二O型环，所述第二O型环用于减少空气从第二侧壁和圆筒之间的空间流入。
62.权利要求61所述的设备，所述第一O型环包括用于接受第一压力的第一C形O型环，所述第一压力将所述第一C形O型环压靠在圆筒上，所述第二O型环包括用于接受第二压力的第二C形O型环，所述第二压力将所述第二C形O型环压靠在圆筒上。
63.权利要求62所述的设备，所述第一压力包括至少一个设置在第一侧壁和第一O型环之间的第一弹簧组，所述第二压力包括至少一个设置在第二侧壁和第二O型环之间的第二弹簧组。
64.权利要求5所述的设备，还包括设置在第一侧壁和圆筒之间的第一O型环，所述第一O型环用减少空气从第一侧壁和圆筒之间的空间流入，并且还包括设置在第二侧壁和圆筒之间的第二O型环，所述第二O型环用于减少空气从第二侧壁和圆筒之间的空间流入。
65.权利要求64所述的设备，所述第一O型环包括用于接受第一压力的第一C形O型环，所述第一压力将所述第一C形O型环压靠在圆筒上，所述第二O型环包括用于接受第二压力的第二C形O型环，所述第二压力将所述第二C形O型环压靠在圆筒上。
66.权利要求65所述的设备，所述第一压力包括至少一个设置在第一侧壁和第一O型环之间的第一弹簧组，所述第二压力包括至少一个设置在第二侧壁和第二O型环之间的第二弹簧组。
全文摘要
这里公开了一种改进的气门，用于互相连接不同气体组成和/或压力的区域，更具体说是大气压与真空之间。该气门包括圆筒，位于安装在不同气压区域之间的外壳中。基材材料的卷材在具有至少一个辊的第一区域和具有至少一个辊的第二区域的区域之间移动。辊设置成当卷材在两个区域之间在圆筒的上外围部分上面或在两区域之间在圆筒下外围部分下面前移时产生足够的张力。在示例性实施方案中，该气门特征在于外壳顶板和在圆筒上外围部分上前移的基材卷材之间的通道高度，以及外壳底板和圆筒下外围部分之间的通道的高度。通过其中的气体流速在圆筒入口和两个相互连接区域中的至少一个之间产生接近音速的气体流，从而通过减少接近音速流的区域内扩散物质碰撞之间的平均自由行程长度，有效地将具有一种组成和压力特征的一个区域与具有不同组成和/或压力的另一个区域相隔开。
文档编号C25C7/04GK1751138SQ200480004670
公开日2006年3月22日 申请日期2004年2月4日 优先权日2003年2月19日
发明者J·德勒, V·坎内拉 申请人:能源变换设备有限公司