BRPI0404368B1 - processo para padronização geométrica de filmes finos de óxidos condutores elétricos depositados sobre substratos - Google Patents

Abstract

"processo para padronização geométrica de filmes finos de óxidos condutores elétricos depositados sobre substratos". a presente invenção se refere à fabricação de filmes finos com forma geométrica padronizada sobre um substrato. o método descrito permite controlar a área e a forma geométrica dos depósitos de filmes finos sobre um substrato, sendo particularmente adequado à deposição seletiva de filmes finos de óxidos condutores transparentes sobre substrato cerâmico ou de vidro. o método permite selecionar a área a ser depositada antes da deposição do filme fino. o substrato é recoberto por um material estável que é removido por um solvente após a deposição do filme fino, levando o filme fino sobre ele depositado consigo, visto que impede a adesão do filme fino ao substrato.

Description

PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS A presente invenção se destina à fabricação de filmes finos com forma geométrica padronizada sobre um substrato, sendo que o método descrito permite controlar a área e a forma geométrica dos depósitos de filmes finos sobre um substrato, para uso geral. O processo é particuiarmente adequado à deposição seletiva de filmes finos de óxidos condutores transparentes sobre substratos cerâmico ou de vidro.

Foi desenvolvido um método para selecionar a área a ser depositada antes mesmo do processo de deposição de um filme fino. Nele, o substrato é recoberto por um material estável, química e termicamente, sob as condições nas quais ocorre a deposição do filme fino, que ocorre posteriormente. Este material é removido por um solvente após a deposição do filme fino, levando o material sobre ele depositado, filme fino, consigo, visto que impede a adesão do filme fino ao substrato. Desta forma podem ser gerados os padrões geométricos desejados. O processo de deposição da camada de seleção é um processo muito simples, evitando a necessidade dos processos mais complicados e dispendiosos para padronizar geometricamente o filme fino.

Pode haver deposição consecutiva de camada de seleção, no caso de mascara de sombreamento, utilizando mascaras diferentes, para obter-se, por adição, a geometria desejada.

CAMPO DE APLICAÇÃO DA INVENÇÃO A deposição de filmes finos é largamente utilizada na indústria de componentes ópticos, de componentes eletrônicos e para a proteção de superfícies em geral. Filmes finos são depositados por vários métodos, como evaporação por aquecimento em cadinho resistivo, evaporação do material a ser depositado por bombardeamento eletrônico (canhão de elétrons), evaporação por bombardeamento iônico (pulverização catódica), deposição por vapor químico ou deposição reativa por vapor químico, deposição por evaporação do solvente, deposição por evaporação do solvente com posterior tratamento térmico, deposição por spray, dentre outros.

De um modo geral, pode-se afirmar que filmes finos são depositados sobre superfícies para adequar as propriedades da superfície à aplicação óptica, elétrica, térmica ou mecânica desejada. Em diversos casos, o filme fino é constituído por material mais nobre que o substrato que lhe dá sustentação mecânica, sendo portanto uma via economicamente atrativa de adequar propriedades físico-químicas de superfícies sem onerar excessivamente o processo produtivo, PROBLEMA TÉCNICO CUJA SOLUÇÃO SE BUSCOU Os métodos por evaporação geralmente utilizam máscaras de sombreamento. Métodos nos quais o substrato deve ser aquecido necessitam de máscaras feitas de materiais que sejam estáveis em altas temperaturas, Métodos envolvendo reações e/ou soluções químicas precisam de máscaras de materiais quimicamente inertes. Estas máscaras são feitas de materiais que . são usinados, em certos casos com dificuidades inerentes aos materiais, caracterizando processo dispendioso em tempo de trabalho e incorrendo em elevação do custo de produção.

Além destes problemas, a máscara deve ter um contato muito justo com o substrato, para evitar do material a ser depositado penetrar por baixo da máscara destruindo o padrão desejado, em analogia ao efeito óptico da penumbra, incorrendo em necessidade de utilização de mecânica de precisão. Quando não é possível a deposição seletiva por estes métodos, utiliza-se a posterior remoção do material depositado dos locais indesejáveis. Isto pode ser feito por corrosão química, conferindo padrão geométrico desejado à região de corrosão por processos fotográficos, como por exemplo, fotolitografia. Este processo de corrosão demanda muitos reagentes químicos, tempo e maquinário, aumentando em muito o custo do filme depositado seletivamente sobre o substrato e podendo, em diversos casos, levar à necessidade de descarte de agentes químicos potencialmente agressivos ao meio ambiente.

Em decorrência disso, um processo barato, rápido e ambientalmente não agressivo de conformação geométrica de filmes finos é altamente interessante e desejável. Um dos métodos mais baratos de deposição seletiva de filmes finos é o da patente EP0193820, que utiliza uma camada protetora do substrato que depois é arrancada junto com o fiime fino, que na presente invenção é denominada de camada de seleção. Porém, a deposição da camada de seleção é feita preferencialmente por serigrafía, contendo uma componente inorgânica e uma componente orgânica para aumentar a viscosidade, como por exemplo, cal e PVA (polivinil álcool). A patente EP0193820 também cita a dificuldade em se utilizar máscaras de sombreamento, para a deposição da camada de seleção, devido ao problema da infiltração do líquido por baixo das bordas e falta de definição. Além disso, para alguns processos de deposição, por exemplo em altas temperaturas, uma componente orgânica é indesejável pois pode contaminar o substrato e evitar que o filme fino se deposite de forma homogênea.

ESTADO DA TÉCNICA ATUAL A presente invenção difere da patente EP0193820, pois a presente invenção trata do depósito da camada de seleção utilizando uma máscara de sombreamento, resolvendo o problema da necessidade do uso de material orgânico na camada de seleção e resolvendo o problema do líquido usado para formar a camada de seleção escorrer, borrando o padrão geométrico da máscara. A patente EP0193820 cita o problema de se usar máscaras, pois a solução pode fluir por baixo da máscara alterando o padrão desejado. Na presente invenção este problema é solucionado aquecendo-se o substrato de tal maneira a promover a evaporação muito rápida do solvente, que pode ser, por exemplo, água, sobrando somente ca! como camada de seleção. Para muitos processos que não podem ter contaminação orgânica isto é um avanço imprescindível; desta forma foi resolvido diretamente o problema da componente orgânica, pois esta não é mais necessária para aumentar a viscosidade da mistura usada para depositar a camada de seleção. Na patente EP0193820 é dado um exemplo para deposição da camada de seleção por serigrafía. Para a mistura a ser impressa atingir a viscosidade correta, é adicionado PVA, este componente orgânico pode depois ser retirado aquecendo a 700°C. Esta etapa não é necessária na presente invenção e ausência de necessidade de uso do PVA simplifica e torna o processo menos suscetível a contaminações.

Em WO 01/89788 é descrito um processo para depositar filmes com um padrão através de um molde, onde os filmes são depositados por solução que difere da presente invenção que utiliza o processo de remoção de uma camada de seleção depositada por máscara de sombreamento.

Em WO 2004/013922 A2 é descrito o processo para fazer padronização em dispositivos eletrônicos orgânicos usando uma camada de seleção formada por tinta, e portanto é diferente da presente invenção que não trata de padronização e deposição de camadas orgânicas. A WO 01/83847 descreve um método para depositar um filme que necessita de altas temperaturas sobre plástico, que é diferente da presente invenção que utiliza uma camada de seleção que suporta altas temperaturas e não trata de materiais orgânicos, nem plástico. A patente WO 03/065124 trata de um método de retirada por camada de seleção que é feito por uma camada dupla de seleção, onde pelo menos uma delas usa componentes orgânicos, que é diferente da presente invenção, que é aplicável a temperaturas de substrato mais altas, por não usar componentes orgânicos. A patente W003/007059 trata de um filme de ITO depositado sobre camada orgânica, portanto diferente da presente invenção, que não utiliza camadas orgânicas. A patente WO 02/091468 trata da padronização de filme fino por retirada da camada de seleção, onde a camada de seleção é expandida para corrigir o tamanho, não trata da deposição sobre substrato aquecido e visa somente filmes de metais, sendo portanto diferente da presente invenção que trata da deposição de óxidos sobre substrato aquecido. MODO PREFERIDO DE EXECUTAR A SOLUÇÃO PROPOSTA O tipo preferido de substrato é o vidro (1), o tipo preferido de camada de seleção é camada de cal (2) e o tipo preferido de filme fino (3) é um filme de oxido de estanho dopado com flúor (FTO). A camada de seleção (2) é depositada já padronizada. No caso do tipo preferido, utiliza-se uma suspensão de cal em água (0,1 g/mL) que é borrifada de uma fonte de spray, um aerógrafo (5), gerando um jato de gotas de solução de cal e água (6) que segue em direção ao substrato (1). A camada de seleção (2) só se deposita sobre o substrato nas regiões não cobertas pela máscara de sombreamento (7). Visando a rápida solidificação do depósito da camada de seleção, sem que ocorra transporte lateral do depósito sobre o substrato, entre a máscara de sombreamento (7) e o substrato (1), e que levaria a uma pior definição do padrão, o substrato é aquecido até uma temperatura absoluta próxima da temperatura de ebulição do solvente utilizado, que no caso do tipo preferido de camada de seleção (2) pode ser água. No caso da água, tipo preferido de solvente utilizado, usa-se uma temperatura igual ou maior que 80 °C.

Após o substrato estar com a camada de seleção na forma do padrão desejado, deposita-se o tipo preferido de filme, FTO (3). O tipo preferido filme de interesse (FTO) é depositado por pirólise de spray, mas existem métodos alternativos, aplicáveis a casos específicos, tais como evaporação por aquecimento, evaporação do material a ser depositado por bombardeamento eletrônico (canhão de elétrons), evaporação por bombardeamento iônico (pulverização catódica), deposição por vapor químico ou vapor químico reativo, deposição por evaporação do solvente, deposição por evaporação do solvente com posterior tratamento térmico, deposição por spray entre outros. Um exemplo prático relevante tecnologicamente, de filme depositado sobre vidro, é constituído pelos filmes de óxidos condutores transparentes.

Após a deposição do filme de interesse, FTO (3) sobre o substrato selecionado (1) com a camada de seleção (2), o substrato pode ser lavado com um líquido que objetiva a retirada da camada de seleção, removendo junto com esta o filme depositado sobre ela. A remoção pode ser feita com um solvente orgânico ou inorgânico. A remoção pode precisar de intervenção mecânica como esfregar com esponja ou colocar o substrato recoberto em banho de ultra-som. Um exemplo é o depósito de OCT (óxido condutor transparente) sobre vidro selecionado com Cal. O cal pode ser removido com ultra-som, mantendo o OCT (3) sobre o substrato de vidro (1) somente sobre as regiões nas quais não havia sido depositado o filme de cal (2).

Retirando-se o cal com ultra-som, remove-se também o filme de OCT que o recobre, como o do tipo preferido FTO, concluindo-se o processo e obtendo-se um substrato recoberto com OCT padronizado geometricamente.

REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, caracterizado pelo fato de compreender um depósito removível designado camada de seleção (2), padronizado geometricamente ao ser depositado sobre um substrato (1) aquecido a uma temperatura acima de 90 % da temperatura absoluta de ebulição do solvente, sobre o qual é depositado um filme fino de óxido condutor elétrico (3), que não adere ao substrato nas regiões cobertas com a camada de seleção (2) e que é na seqüência removido juntamente com a camada de seleção (2) daquelas regiões do substrato cobertas com a camada de seleção (2), de forma que ao final do processo o filme fino de óxido condutor elétrico (3) somente permanece aderido sobre o substrato nas regiões que não foram inicialmente cobertas com a camada de seleção (2).

2. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a deposição de uma camada de seleção feita por deposição por vapor químico.

3. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a deposição de uma camada de seleção feita por deposição de solução ou suspensão com subseqüente evaporação do solvente.

4. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a deposição de uma camada de seleção feita por deposição de solução ou suspensão com subseqüente evaporação do solvente e com posterior tratamento térmico.

5. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a deposição de uma camada de seleção feita por deposição por pirólise de spray.

6. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a deposição de uma camada de seleção feita por técnica de serigrafia.

7. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a deposição de uma camada de seleção feita por estampagem, incluindo a utilização de carimbos.

8. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a deposição de uma camada de seleção feita em que a forma geométrica da camada é controlada por sombreamento ou delimitação de fluxo por máscaras metálicas.

9. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser o filme fino de óxido condutor elétrico constituído de um óxido condutor elétrico e transparente, como óxido de estanho, óxido de estanho dopado com flúor, óxido de estanho dopado com antimônio, óxido de estanho e índio em qualquer proporção de índio e estanho, óxido de tungstênio, óxido de vanádio, ou misturas destes óxidos em qualquer proporção.

10. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, conforme a reivindicação 1, caracterizado por serem, a camada de seleção e o filme fino de óxido condutor elétrico depositado sobre a camada de seleção, removidos por exposição a ultra-som.

11. PROCESSO PARA PADRONIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS CONDUTORES ELÉTRICOS DEPOSITADOS SOBRE SUBSTRATOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser a camada de seleção composta de cal.