BR102020020683A2 - Sistema mecânico para deposição de filmes finos por lâmina - Google Patents

Abstract

A presente invenção consiste em um sistema mecânico compacto para promover a deposição por lâmina (blade coating) de filmes finos de diversos tipos de materiais, orgânicos ou inorgânicos, a partir de soluções de materiais sobre superfícies rígidas ou flexíveis de modo que o processo de deposição dos filmes finos possa ser reproduzido com alto grau de repetibilidade e uniformidade. Durante o funcionamento do sistema, a solução do material é espalhada sobre a superfície por meio de uma lâmina formando um filme fino sólido. O sistema mecânico apresenta dimensões compactas e pode ser facilmente inserido e utilizado dentro de câmaras de luvas com atmosfera controlada na obtenção de filmes finos de materiais orgânicos e inorgânicos para diversas aplicações, como por exemplo, dispositivos eletrônicos orgânicos (diodos orgânicos emissores de luz -OLEDs, células solares orgânicas - OSCs ou transistores de filme fino orgânicos - OTFTs) e filmes finos de fármacos orodispersíveis.

Description

SISTEMA MECÂNICO PARA DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS POR LÂMINA Campo da Invenção:

[001] A presente invenção se refere a um sistema mecânico com dimensões compactas que tem a finalidade promover a deposição de filmes finos por lâmina a partir de soluções de materiais, sobre superfícies rígidas ou flexíveis. A área de aplicação da presente invenção é pertencente à fabricação de filmes finos de materiais orgânicos ou inorgânicos, mais especificamente a sistemas mecânicos que fabricam filmes finos. Dessa forma, o sistema mecânico contribui para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos orgânicos e inorgânicos que empregam filmes finos.

Fundamentos da Invenção

[002] Filmes finos consistem em camadas de materiais com espessura que pode variar entre dezenas de nanômetros a dezenas de micrômetros, depositadas sobre uma superfície. Os filmes finos de materiais semicondutores orgânicos como polímeros conjugados e pequenas moléculas com espessura inferior a 150 nm, têm sido amplamente investigados para aplicação em dispositivos eletrônicos orgânicos tais como, díodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), células solares orgânicas (OSCs) e transistores de filme fino orgânicos (OTFTs). Os principais métodos de deposição dos materiais semicondutores orgânicos são os métodos de deposição em fase vapor, tais como a deposição física em fase vapor (PVD) e a deposição química em fase vapor (CVD). Estes métodos também são amplamente utilizados na deposição de diversos materiais durante os processos de microfabricação na indústria de semicondutores, porém apresentam um custo elevado, devido à necessidade da utilização de câmaras de alto vácuo (<10-5 Torr) e temperaturas elevadas.

[003] Além disso, os métodos mencionados anteriormente apresentam um baixo rendimento devido ao desperdício de material nas paredes das câmaras de vácuo. Para a fabricação de dispositivos eletrônicos que requerem a gravação de padrões, como por exemplo a gravação dos pixels em OLEDs, são utilizadas máscaras mecânicas, que necessitam ser limpas com frequência devido à deposição de materiais em suas superfícies. Os procedimentos de limpeza levam ao aumento do custo do processo, e a sucessiva introdução e retirada das máscaras mecânicas das câmaras de vácuo, podem resultar na entrada de partículas contaminantes nas câmaras. Outra limitação dos processos de deposição em fase vapor está relacionado com a dificuldade e o alto custo de escalonamento, devido a utilização de câmaras de alto vácuo de grande área e a utilização de máscaras mecânicas de sombra de grandes dimensões, que são suscetíveis a problemas de tensionamento mecânico e estabilidade dimensional.

[004] Uma das grandes vantagens dos materiais semicondutores orgânicos consiste na possibilidade de deposição por meio de métodos de deposição em solução, com potencial baixo custo e alto rendimento, devido à utilização de equipamentos simples, que não necessitam de alto vácuo, processamento a baixas temperaturas, potencial escalonamento para produção em larga escala e compatibilidade com o processo de fabricação rolo-a-rolo (R2R, roll-to-roll) . O processamento a baixas temperaturas possibilita a obtenção de dispositivos flexíveis nos quais os materiais semicondutores orgânicos são depositados em substratos plásticos flexíveis.

[005] Existem diversos métodos de deposição de materiais semicondutores orgânicos em solução, sendo o método de spin coating o mais conhecido e utilizado em laboratórios de pesquisa. Neste método, o material em solução é depositado no substrato, seguido de sua rotação em alta velocidade. A velocidade angular do substrato promove a ejeção da maior parte da solução depositada sobre o substrato, deixando um filme fino sobre sua superfície. Este método produz filmes uniformes, porém, não permite a obtenção de padrões ou estruturas. Além disso, a obtenção de sistemas multicamadas requer o emprego de estratégias para evitar a dissolução de camadas sucessivas, tais como a modificação dos materiais orgânicos de modo a se obter ligações cruzadas (cross-linking) ou o uso de solventes ortogonais. Apesar de ser muito simples, a deposição de materiais orgânicos em solução por spin coating está limitada à escala laboratorial devido à dificuldade de escalonamento e ao grande desperdício de material.

[006] Um outro método de deposição de semicondutores orgânicos em solução que tem sido muito investigado e desenvolvido na última década, é o de impressão por jato de tinta, onde a deposição de materiais em solução é feita através de uma impressora especial do tipo jato de tinta. A solução do material orgânico é inserida no reservatório ou cartucho (que deve ser substituído a cada nova solução utilizada) e é depositada somente nas áreas desejadas, evitando o desperdício de material. Este método possibilita a obtenção de estruturas de alta resolução, porém, é bastante complexo. Para se obter filmes com propriedades adequadas para aplicação em dispositivos eletrônicos, é necessário ajustar vários parâmetros relacionados com a formação das gotas, como a viscosidade e a tensão superficial da solução, a velocidade de deposição e a temperatura do cartucho. A energia de superfície do substrato e tratamentos térmicos pós-deposição também são parâmetros importantes na obtenção de filmes de semicondutores orgânicos por impressão por jato de tinta.

[007] Um método de deposição de semicondutores orgânicos em solução, não tão conhecido como os métodos anteriormente citados, é o método de blade coating (ou deposição por lâmina). Este método não depende da utilização de equipamentos caros ou sofisticados e é muito utilizado nos processos de controle de qualidade de tintas e vernizes, e para a deposição de filmes com espessura micrométrica de fotoresistes e filtros de cor na indústria de displays de cristal líquido (LCD). Neste método, a solução é colocada sobre o substrato em frente a uma lâmina ajustada a certa altura do substrato. Com a movimentação da lâmina, há a formação de um menisco entre a solução e a lâmina. O menisco é arrastado formando um filme fino sobre o substrato, e uma placa de aquecimento promove a remoção do solvente. A espessura final do filme depende do volume de solução depositado, da concentração da solução, da temperatura, da distância entre a lâmina e o substrato e da velocidade de movimentação da lâmina.

[008] O método de blade coating faz parte de um grupo de métodos de deposição nos quais o filme fino é depositado a partir do arraste de um menisco formado entre a solução e a lâmina (ou a cabeça de deposição). Estes métodos de deposição têm sido denominados de deposição guiada por menisco (meniscus-guided coating, MGC) . Outros métodos de MGC são os de dip coating, slot die e solution shearing. Em virtude da direcionalidade intrínseca dos métodos de MGC, estes podem conferir alinhamento molecular aos filmes de semicondutores orgânicos e também são altamente escalonáveis para processos contínuos de deposição como R2R. Diferentemente do método de spin coating, onde mais de 90% de material é desperdiçado, nos métodos de MGC, quase a totalidade da solução de material aplicada sobre a superfície do substrato é utilizada na formação do filme fino.

[009] Em geral, os métodos de deposição de MGC apresentam dois regimes principais de deposição, o regime evaporativo e o regime de Landau-Levich (LL). Estes regimes de deposição influenciam a morfologia final do filme fino e são caracterizados pela velocidade de deposição. Para baixas velocidades de deposição, tem-se o regime evaporativo, no qual a evaporação do solvente ocorre durante a deposição e formação do filme fino sólido. Neste regime de deposição, a formação do filme fino é diretamente influenciada pelo menisco, pelas forças de cisalhamento e pelo fluxo dos fluídos. Este regime evaporativo caracteriza-se pela diminuição da espessura do filme em função do aumento da velocidade de deposição, uma vez que em velocidades mais altas há menor evaporação do solvente e consequentemente uma menor quantidade de material sólido fica retida no filme resultando em um filme fino seco de menor espessura. Com o aumento da velocidade de deposição, o regime de deposição aproxima-se do regime clássico de Landau-Levich (LL). Para altas velocidades de deposição, um filme líquido é formado e posteriormente ocorre a evaporação do solvente, observando-se então o aumento da espessura do filme fino seco em função do aumento da velocidade. Neste regime de deposição, há domínio das forças viscosas de modo que com o aumento da velocidade de deposição, uma menor quantidade de solução é arrastada pelo menisco ficando retida no substrato e resultando em um filme de maior espessura. Deste modo, a velocidade de deposição é parâmetro muito importante no desenvolvimento de filmes finos para aplicação em dispositivos eletrônicos.

[010] Além das vantagens já mencionadas, o método de blade coating também permite a gravação de padrões. Através da modificação da energia de superfície do substrato (Surface Energy Patterning, SEP), promove-se a alteração da energia de superfície de determinadas áreas do substrato de modo a confinar a deposição da solução de material orgânico nas áreas desejadas.

[011] Além da deposição de materiais semicondutores orgânicos em solução, há diversas outras potenciais aplicações para o método de blade coating tais como, filmes finos de nanotubos de carbono, grafeno e compósitos poliméricos para aplicações ópticas e eletrônicas, filmes de óxidos para aplicação como eletrodos para baterias e foto-catálise da água (produção de hidrogênio), e filmes finos de fármacos orodispersíveis.

[012] Filmes finos de peroviskitas de haletos orgânico-inorgânicos têm sido amplamente investigados para aplicação em células solares e dispositivos optoeletrônicos. A eficiência de conversão de energia (PCE) deste tipo de célula solar saltou de 3,8% para 25,2%, sendo atualmente a tecnologia de célula solar que evolui mais rapidamente. Uma das grandes vantagens das peroviskitas consiste na sua deposição a partir de métodos de deposição em solução, sendo que o método de blade coating apresenta grande potencial para esta aplicação devido à direcionalidade intrínseca do método que facilita a cristalização das peroviskitas e a otimização de sua performance, além de viabilizar a produção de dispositivos em larga escala.

[013] Nesse contexto, a proposta ora apresentada busca solucionar os inconvenientes associados aos métodos de deposição em fase vapor mencionados anteriormente, através do desenvolvimento de um sistema mecânico compacto para produção de filmes finos por lâmina (método blade coating). Este sistema, que apresenta dimensões compactas, e pode ser facilmente inserido e utilizado dentro de câmaras de luvas com atmosfera controlada, permite a produção de filmes finos de materiais orgânicos ou inorgânicos com boa uniformidade e repetibilidade de espessuras, que podem variar entre dezenas de nanômetros a dezenas de micrômetros, com baixo desperdício de material. Os filmes finos obtidos apresentam diversos campos de aplicações, tais como, dispositivos eletrônicos orgânicos (OLEDs, OTFTs e OSCs), eletrodos para baterias e fotocatálise da água (produção de hidrogênio), células solares de peroviskitas e, fármacos orodispersíveis

Estado da Técnica

[014] O documento JP2007273229A aborda um método e um dispositivo de deposição de filmes finos orgânicos para aplicação em dispositivos eletroluminescentes ou OLEDs, porém é baseado no método die coating, com diversas etapas, como controle de gases, temperaturas, desumidificador e exaustão. 0 documento combina o método de die coating com um conjunto de rolos e a vaporização de solventes sobre a camada depositada para a obtenção final dos filmes finos. 0 sistema proposto na presente invenção pode ser utilizado para a deposição de filmes finos de diversos tipos de materiais e não se restringe somente a materiais orgânicos, pode ser utilizado em ambientes controlados como câmaras de luvas (glovebox), salas limpas ou ambiente não controlado e apresenta baixo desperdício de material da solução utilizada para formar o filme fino.

[015] O documento US20050199181A1 descreve um sistema e método de deposição de filmes finos cristalinos de materiais orgânicos e inorgânicos em substratos rígidos e flexíveis. O método de obtenção dos filmes é análogo ao método de dip coating no qual o substrato é imerso em uma solução e é tracionado com uma certa velocidade formando um filme fino. Durante o método, o solvente é evaporado naturalmente e o volume de solução necessário é elevado. No sistema proposto da presente invenção, o material que será depositado não fica exposto e não é reutilizado evitando possíveis contaminações ou mudança de concentração ou viscosidade, como por exemplo quando ocorre a evaporação de solvente, características que são associadas ao método de dip coating, além de necessitar de baixo volume de solução necessário para formar o filme fino.

[016] O documento US20100330712A1 se refere a um aparelho e método para deposição de filmes finos de materiais orgânicos em substratos rígidos e flexíveis. O documento descreve um sistema para gravação de estruturas (pixels) baseado em orifícios (nozzles) por onde passa o material orgânico vaporizado. o material sólido (pó) é aquecido e sublimado (passa para o estado gasoso) sendo então depositado sobre a superfície do substrato. Para que a sublimação ocorra é necessário um ambiente de alto vácuo. Entretanto, este método não se trata de um método de deposição onde o filme fino é obtido a partir de uma solução, o documento é mais voltado para a fabricação de dispositivos OLED. o sistema da invenção proposta tem baixo consumo de energia e não requer a utilização de ambientes de alto vácuo (câmaras de vácuo).

[017] O documento US20160285021A1 se refere a um processo para obtenção de filmes finos de peroviskitas inorgânico-orgânico, envolve uma etapa de deposição de filme fino de material inorgânico seguido de um processo de tratamento com vapor de material orgânico em solução. O documento não apresenta um método específico para obtenção do filme fino inorgânico a partir de uma solução e apenas cita alguns métodos que podem ser utilizados como os métodos de spin-coating, spray-coating, dip-coating e/ou inkjet. Diferente do sistema proposto na presente invenção, que aborda um sistema que foi desenvolvido baseado em princípios da dinâmica de espalhamento e comportamento dos líquidos, por isso utiliza diferentes formatos de lâmina e velocidade controlada.

[018] O documento US6153013A se refere a um aparelho para deposição química de filmes finos assistida por plasma contínuo em ambiente de alto vácuo (1x10-6 Torr) para aplicação em dispositivos como células solares, enquanto passa continuamente um membro tipo correia através do interior de câmaras de vácuo (atmosfera controlada), conectadas através de elementos de conexão e formando filmes finos na superfície do membro tipo correia por CVD assistida por plasma, em que as câmaras de vácuo são fixadas a um suporte e um mecanismo para relaxar a tensão agindo na direção de transporte do membro tipo correia. Diferente do sistema da invenção proposta, que não necessita de um gás de arraste como o nitrogênio ou gases especiais para realizar a deposição dos filmes finos e não necessita de câmaras de vácuo ou sistemas de bombeio como bombas mecânicas, turbomoleculares e difusora.

[019] E por fim, o documento TW201301596A se refere a um aparelho e método para deposição de filmes finos apenas de materiais orgânicos em substratos rígidos e flexíveis e apenas para fabricação de OLEDs. O documento não descreve ou apresenta qualquer informação sobre o aparelho de deposição por lâminas utilizado, bem como não descreve a lâmina ou apresenta qualquer informação sobre o sistema de ajuste de velocidade. Diferente do sistema da presente invenção, que pode ser utilizado para a deposição de filmes finos de diversos tipos de materiais e não se restringe aos orgânicos, e para aplicações em vários tipos de dispositivos tais como, células solares, OLEDs, dispositivos eletroluminescentes e sensores.

Breve descrição da invenção:

[020] A presente invenção consiste em um sistema mecânico compacto para promover a deposição por lâmina de filmes finos de diversos tipos de materiais, orgânicos ou inorgânicos, a partir de soluções de materiais sobre superfícies rígidas ou flexíveis de modo que o processo de deposição dos filmes finos possa ser reproduzido com alto grau de repetibilidade e uniformidade. Durante o funcionamento do sistema, a solução do material é espalhada sobre a superfície por meio de uma lâmina formando um filme fino sólido. o sistema mecânico apresenta dimensões compactas e pode ser facilmente inserido e utilizado dentro de câmaras de luvas com atmosfera controlada na obtenção de filmes finos de materiais orgânicos ou inorgânicos para diversas aplicações, tais como, dispositivos eletrônicos orgânicos (OLEDs, OTFTs e OSCs), eletrodos para baterias e fotocatálise da água (produção de hidrogênio) e células solares de peroviskitas.

Breve descrição das figuras:

[021] Com o objetivo de obter uma total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras as quais fazem referência, conforme se segue:

[022] A FIGURA 1 apresenta uma ilustração com o volume de solução de PEDOT:PSS necessário para obter filmes de 25 nm de espessura em substratos de vidro-ITO com dimensões de 2,54 cm x 2,54 cm através da deposição da solução por blade coating e spin coating.

[023] A FIGURA 2 apresenta uma ilustração do processo de deposição de filmes finos em solução através do método de deposição por lâmina ou blade coating.

[024] A FIGURA 3 apresenta um desenho em vista explodida das partes mecânicas do sistema mecânico compacto de deposição de filmes finos por lâmina.

[025] A FIGURA 4 representa um desenho da vista lateral do sistema mecânico compacto de deposição de filmes finos por lâmina.

[026] A FIGURA 5 representa um desenho da vista superior do sistema mecânico compacto de deposição de filmes finos por lâmina.

[027] A FIGURA 6 apresenta uma fotografia do sistema mecânico compacto de deposição de filmes finos por lâmina com destaque para cada um dos componentes necessários para seu funcionamento.

[028] A FIGURA 7 apresenta um gráfico dos resultados da velocidade da lâmina observados diretamente no eixo de movimentação utilizando um tacômetro digital.

[029] A FIGURA 8 apresenta imagens de microscopia de força atômica (AFM) de filmes de PEDOT:PSS depositados em substratos de vidro-ITO através de spin coating (a) e blade coating (utilizando o sistema mecânico compacto) (b) Area = 10 x 10 μm.

[030] A FIGURA 9 apresenta em (a) curvas de densidade de corrente (J-V) em função da tensão e (b) curvas de eficiência quântica externa (EQE) em função da densidade de corrente para os dispositivos OLED, com a camada de PEDOT depositada por blade coating (linhas pretas tracejadas) e spin coating (linhas pretas continuas).

Descrição detalhada da invenção:

[031] A descrição detalhada deve ser lida e interpretada considerando-se os dados apresentados, onde estes elucidam a estrutura do sistema desenvolvido e apresentam suas potencialidades de aplicação.

[032] Na FIGURA 1, é representado um esquema que mostra que o volume de solução de PEDOT:PSS, utilizado no exemplo de concretização da presente invenção, necessário para obtenção de filmes de 25 nm de espessura por blade coating 15 vezes menor do que o volume necessário quando a solução é depositada por spin coating, demonstrando uma das principais vantaqens do método utilizado de blade coating.

[033] De acordo com a FIGURA 2, o funcionamento do sistema mecânico, ocorre de forma que, primeiramente a solução do material de interesse é depositada em gotas no substrato de vidro, sendo que o substrato está em contato com uma placa de aquecimento na base inferior. Para formação do filme fino, a lâmina é movimentada de forma a espalhar a solução do material de interesse, sendo que ao final do procedimento, obtém-se o filme fino depositado no substrato.

[034] Conforme mostrado nas FIGURAS 3, 4 e 6, o sistema mecânico apresenta uma base plana (1), com um parafuso (13) e base roscada para ajuste de altura (14) na parte inferior da base, permitindo o alinhamento do sistema com qualquer placa de aquecimento (17). Sobre parte da base plana (1) é fixada uma base de isolamento térmico (11) e o trilho de deslocamento linear (2). A base inferior deslizante do sistema de movimentação da lâmina (3) é acoplada ao trilho de deslocamento linear. As placas laterais do sistema de movimentação da lâmina (4 e 12) são fixadas na parte superior (7) que é fixada na base inferior deslizante (3) por meio de 2 parafusos. Na parte superior do sistema de movimentação da lâmina (7) são fixados 2 micrômetros para ajuste da altura da lâmina (6), de modo a permitir o contato mecânico com o suporte da lâmina (5).

[034] A lâmina (15) é fixada ao suporte da lâmina por meio de parafusos, de modo que pode ser facilmente trocada. O suporte da lâmina (5) é encaixado nas placas laterais do sistema de movimentação da lâmina (4 e 12), que possuem um sulco, em cada placa lateral, permitindo que o suporte tenha um deslocamento vertical. Nos sulcos existem molas utilizadas para criar uma resistência contrária ao suporte da lâmina, de modo a minimizar possíveis folgas no ajuste de altura da lâmina.

[035] A haste do motor servo linear (9) é encaixada em um pino de acoplamento (16) e o motor servo linear é encaixado no suporte para o motor servo linear (10) através da pressão de uma placa (8) contra a carcaça do motor e o suporte, através de quatro parafusos. O motor servo linear pode ser controlado por um microcontrolador (18) permitindo o ajuste da velocidade de deposição de acordo com as necessidades do usuário e limites do motor servo linear. As dimensões preferenciais do sistema mecânico são: 320 mm (comprimento) x 90 mm (largura) x 165 mm (altura).

[036] A FIGURA 4 mostra a vista lateral do sistema mecânico compacto com detalhamentos de como os componentes são aparafusados e conectados de forma a possibilitar o funcionamento correto do sistema.

[037] A FIGURA 5 mostra a vista superior do sistema compactado mostrando a parte superior (7) que é inserida em cima da base inferior deslizante (3) , sendo que toda essa configuração fica apoiada na base (1).

[038] O sistema mecânico compacto apresenta as seguintes características que permitem sua utilização na obtenção de filmes finos com boa uniformidade e espessura que pode variar de poucos nanômetros (~10 nm) a micrômetros: movimento linear da lâmina a uma distância de 10 cm com velocidade constante, movimento da lâmina com velocidade definida pelo usuário entre 1 e 100 mm/s, suporte do substrato plano com variação da ordem de micrômetros (± 20 μm) , mecanismo com isolação térmica de modo a minimizar a transferência de calor para o sistema de movimentação, mecanismo de ajuste de altura de modo a se adequar a diferentes superficies e placas de aquecimento, mecanismo com troca de lâminas, que podem ter diferentes perfis, sem interferir no ajuste de altura prévio realizado por dois micrômetros, e dimensões compactas de modo a ser inserido dentro de uma câmara de luvas pela antecâmara, e menor volume, minimizando assim o volume de gás consumido no processo de evacuação e purga para inserção de materiais na câmara de luvas.

[039] O sistema utiliza um controle de velocidade em tempo real e em malha fechada, ou seja, monitora a velocidade do sistema e corrige qualquer alteração durante o funcionamento. O servo motor é composto pelo motor acoplado diretamente ao eixo que movimenta toda a parte mecânica que compõe a lâmina, para obter uma maior estabilidade e precisão do seu movimento. O sistema desenvolvido opera em uma faixa de velocidade entre 1 e 100 mm/s com erro menor que 10%, como mostrado na FIGURA 7. O sistema de monitorização da velocidade utiliza um encoder de 875 pulsos por volta que transmite os dados para uma central controlada por um microcontrolador, que lê, integra os dados e transmite os comandos de ajuste de velocidade como um PID. A velocidade é estimada utilizando o método de Tustin com a frequência de corte de 0,05 rad/s e o erro é observado no processo de calibração inicial do sistema.

[040] Conforme a FIGURA 6, o funcionamento da invenção ocorre primeiramente com o posicionamento do sistema mecânico sobre uma placa de aquecimento utilizando o parafuso de ajuste de altura para alinhar a base do sistema mecânico à placa de aquecimento. Os micrômetros para ajuste da altura da lâmina são ajustados e a temperatura da placa de aquecimento também é ajustada.

[041] Em seguida o substrato, que pode ser rígido ou flexível, é posicionado sobre a base do sistema mecânico. Pode-se utilizar um suporte para facilitar o posicionamento do substrato. O posicionamento do substrato de vidro sobre uma lâmina de silício tem a função unicamente de suporte para o substrato facilitando o posicionamento e remoção do substrato.

[042] A solução do material é aplicada sobre o substrato de vidro utilizando uma micropipeta com controle preciso de volume. O sistema é iniciado através do microcontrolador com velocidade pré-ajustada. O sistema de movimentação da lâmina desloca-se horizontalmente depositando a solução ao longo de todo o substrato. E por fim, o substrato com o filme fino do material é então removido.

Exemplo de concretização:

[043] O sistema mecânico desenvolvido foi utilizado na deposição de filmes finos do material semicondutor orgânico PEDOT:PSS. Os filmes finos de PEDOTrPSS foram utilizados como camada injetora de buracos em dispositivos OLED. A título de comparação, também foram obtidos filmes de PEDOT:PSS através da deposição por spin coating.

[044] Os filmes de PEDOT:PSS foram obtidos a partir da dispersão aquosa deste material (dispersão aquosa 2,8 wt %, grade de baixa condutividade). A dispersão de PEDOT:PSS foi diluída em 2-propanol nas seguintes proporções: 1:5 (v:v, spin coating) and 1:3 (v:v, blade coating) . As soluções foram então filtradas com filtro seringa de PVDF de 0,4 5 μm de poro. As soluções foram depositadas em substratos de vidro-ITO (dimensões: 2,54 x 2,54 cm, resistência de folha: 20 Q/sq, Kintec) por spin coating (5000 rpm durante 60s) e blade coating (geometria da lâmina = cilíndrica, distância lâmina-substrato = 100 μm, volume = 13 μL, velocidade = 20 mm/s, temperatura da placa de aquecimento = 120°C, temperatura do substrato = 80°C). Após as deposições, os filmes de PEDOT:PSS foram colocados em uma placa de aquecimento a 130°C durante 1 hora. Para os filmes obtidos por spin coating, antes da deposição os substratos de vidro-ITO foram submetidos a tratamento de plasma RIE de O2. Foram construídos dispositivos OLED com área ativa de 0,04 cm2 com a seguinte configuração: vidro-ITO/PEDOT:PSS (25 nm)/CBP (30 nm)/CBP:Ir(ppy)3 (5%, 15 nm)/TPBi (40 nm)/LiF (1 nm)/Al (80 nm) .

[045] A FIGURA 8 apresenta imagens de microscopia de força atômica (AFM) do filme de PEDOT:PSS depositados por spin coating e blade coating. A rugosidade (Rms) observada para ambos os filmes foi baixa sendo 1,14 ± 0,06 nm e 2,02 ± 0,13 nm para os filmes depositados por spin coating e blade coating, respectivamente. A análise da espessura dos filmes foi realizada através de um perfilometro de contato. A espessura média dos filmes foi de 24,1 ± 4,6 nm (blade coating) e 24,5 ± 1,3 nm (spin coating) .

[046] Foram então investigadas as propriedades de injeção de buracos dos filmes de PEDOT depositados pelos diferentes métodos através de dispositivos OLED. A FIGURA 9 (a) apresenta as curvas de densidade de corrente em função voltagem (J-V), assim como, a FIGURA 9 (b) apresenta as curvas de eficiência quântica externa (EQE) em função da densidade de corrente para os dispositivos OLED com a camada de PEDOT depositada por blade coating e spin coating.

[047] As curvas características dos OLEDs da FIGURA 9 mostram que ambos os dispositivos apresentam desempenho similar com baixa corrente de fuga e voltagens de acionamento de aproximadamente 6V (em 20 mA/cm2) . As curvas de EQE mostram que ambos os dispositivos apresentam eficiência de aproximadamente 17% (em 20 mA/cm2). Estes resultados indicam que os filmes de PEDOT:PSS depositados por blade coating utilizando o sistema mecânico compacto apresentam características morfológicas e propriedades de injeção de buracos adequadas para aplicação em dispositivos OLED.

[048] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo da reivindicação anexa.

Claims (10)

1. Sistema mecânico para deposição de filmes finos por lâmina, caracterizado por compreender:
   base plana (1), com um parafuso (13), em que é fixada uma base de isolamento térmico (11) e o trilho de deslocamento linear (2),
   base roscada (14) para ajuste de altura na parte inferior da base, de modo a alinhar a placa de aquecimento (17),
   em que a base inferior deslizante (3) do sistema de movimentação da lâmina é acoplada ao trilho de deslocamento linear (2),
   em que a lâmina (15) é fixada ao suporte da lâmina (5) por meio de parafusos,
   em que as placas laterais do sistema de movimentação da lâmina (4 e 12) são fixadas na parte superior (7) que é fixada na base inferior deslizante (3) ,
   em que na parte superior (7) do sistema de movimentação da lâmina são fixados micrômetros de ajuste da altura da lâmina (6), permitindo o contato mecânico com o suporte da lâmina (5),
   motor servo linear (10), encaixado no suporte por meio da pressão de uma placa (8) contra a carcaça do motor e o suporte,
   em que a haste do motor servo linear (9) é encaixada em um pino de acoplamento (16).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por depositar filmes finos de materiais orgânicos e inorgânicos.
3. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela velocidade da lâmina pré-ajustada pelo usuário compreender valores de preferencialmente 1 a 100 mm/s.
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo motor servo linear (10) ser opcionalmente controlado por um microcontrolador (18).
5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo movimento da lâmina (15) ser linear e com velocidade constante a uma distância de preferencialmente 10 cm.
6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo suporte do substrato plano apresentar variação de preferencialmente 20 μm.
7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender um mecanismo de ajuste de altura variando de preferencialmente 70 a 120 mm.
8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender um mecanismo de troca de lâmina (15).
9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por opcionalmente ser utilizado inserido dentro de câmaras de luva.
10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por utilizar substratos rígidos ou flexíveis.

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