BRPI0910257B1 - processo de fabrico de dispositivo eletrônico ou optoeletrônico ativo semicondutor de efeito de campo com memória não volátil e referido dispositivo - Google Patents
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Abstract
processo de fabrico de dispositivo eletrônico ou optoeletrônico ativo semicondutor de efeito de campo com memória não volátil e referido dispositivo a presente invenção consiste na utilização e criação de material à base de fibras celulósicas naturais, fibras sintéticas, ou mistas como suporte físico e meio armazenador ou indutor de armazenamento de cargas elétricas e iônicas em transistores de efeito de campo singulares ou complementares como memória não volátil autossustentáveis usando semicondutores ativos orgânicos ou inorgânicos para o fabrico das regiões de canal que se depositam sobre as fibras do material bem como de metais ou semicondutores passivos para o fabrico do dreno e fonte, que permitem a interligação das fibras, para além do contacto porta existente na outra face do papel, respectivamente tipo p ou n, nas formas monolíticas ou híbridas.
Description
PROCESSO DE FABRICO DE DISPOSITIVO ELETRÔNICO OU OPTOELETRÔNICO ATIVO SEMICONDUTOR DE EFEITO DE CAMPO COM MEMÓRIA NÃO VOLÁTIL E REFERIDO DISPOSITIVO
Campo da Invenção
| A presente | invenção | refere-se, | genericamente, à | |
| utilização | de | fibras | celulósicas | naturais, fibras |
| sintéticas, | ou | mistas unidas tanto | fisicamente como | |
| quimicamente | por | pontes de | hidrogênio normalmente designado |
de papel nas suas diferentes formas e constituições, a funcionar simultaneamente como suporte físico e elemento constituinte de transistores de efeito de campo com efeito de memória tipo n ou tipo p com a capacidade de armazenar cargas elétricas e iônicas por um período superior a pelo menos 20 horas por estímulo de um campo elétrico e de apagar essa informação quando um campo elétrico de igual intensidade e oposto ao utilizado para gravar a informação for aplicado. Isto é, a utilização de papel como elemento ativo constituinte de transistores de efeito de campo com a capacidade de memória em que a região de ativa discreta do canal (1) é constituída por um óxido multicomposto como, por exemplo, óxido de gálio, índio e zinco, óxido de índio e zinco, óxido de zinco e estanho, óxido de gálio, estanho e zinco, óxido de zinco, azoto e arsênio, óxido de prata e alumina ou óxido de cobre zinco e alumínio em que os componentes do composto variam entre 0,1% e 99,9%, o dielétrico (2) é composto pelo volume do papel constituído por fibras celulósicas sobre as quais se deposita o semicondutor com a capacidade de aumentarem desmesuradamente a capacidade de retenção de cargas elétricas e iônicas a um estímulo de tensão na forma de
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2/39 degrau discreto e de as descarregar na sua quase totalidade (apagar a informação) imediatamente após a aplicação de um estímulo elétrico com a mesma intensidade mas de sinal contrário ao utilizado para armazenar a informação e em que as regiões simétricas de fonte e dreno (5) são constituídas por uma liga metálica do tipo titânio e ouro ou titânio e alumínio ou cromo e alumínio ou prata e alumínio ou por um óxido semicondutor degenerado de elevada condutividade como o óxido de índio e zinco óxido de zinco e gálio, ou óxido de estanho, em proporções dos constituintes que variam entre os 0,1% e os 99,9% que permitem a integração das fibras que contêm o semicondutor podendo as respectivas interfaces entre camadas conterem uma película com a espessura da nano escala para a adaptação das mesmas (4) e em que existe um eletrodo porta contínuo (3) onde se aplica a tensão degrau para armazenamento ou apagamento das cargas elétricas constituído por qualquer dos materiais que compõem as regiões de dreno ou fonte mas localizado na outra face da folha do papel.
A presente invenção tem por base a utilização do papel de base celulósica e constituído por fibras quimicamente unidas por pontes de hidrogênio ou prensadas de diferentes espessuras (entre os 1 micrometros e os 8000 micrometros), simultaneamente como suporte físico de dispositivos e seu constituinte integrante como elemento com a capacidade de proporcionar o isolamento elétrico necessário entre um metal e um semicondutor ativo depositado discretamente sobre as fibras não permitindo a circulação de cargas elétricas através da fibra na ausência de qualquer campo elétrico aplicado, mas sim a acumulação de cargas elétricas
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3/39 nas suas duas interfaces que fazem um contacto físico com o eletrodo porta (3) e a região do canal (3) constituída por um óxido semicondutor ativo multicomposto depositado discretamente sobre as fibras, podendo conservar essas mesmas cargas após retirada do estímulo que lhe deu origem por um período que medeia entre a unidade ou as várias centenas de hora função do número de fibras existentes, sua distribuição, grau de compactação e forma de revestimento das suas superfícies diretamente com os materiais que constituem respectivamente o eletrodo contínuo porta ou a região discreta de canal ou através de uma nanocamada de adaptação (4).
Na presente invenção o processamento do conjunto de materiais a depositar sobre o papel constituído por fibras celulósicas, daqui para diante designado simplesmente por papel é necessário que as tecnologias de fabrico desses filmes possam ocorrer a baixas temperaturas, nomeadamente a temperaturas inferiores a 200°C ou que quando recozidos, esta temperatura não seja ultrapassada.
Os transistores com efeito de memória assim produzidos podem ser utilizados na opto eletrônica e eletrônica nomeadamente na concessão de circuitos e sistemas com memória não volátil temporária, em circuitos registadores, circuitos lógicos, circuitos digitais, osciladores em anel, entre outros tendo a vantagem de o papel ser o próprio suporte físico, serem flexíveis e descartáveis.
Os dispositivos alvos da presente invenção podem usar uma camada de proteção ou de encapsulamento final como seja de fluoreto de magnésio e terem também como semicondutora ativo constituinte da região de canal semicondutores
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4/39 orgânicos como, por exemplo, N,N'-difenil-N,N-bis[3metilfenil]-1,1'bifenil-4,4'diamina;
8hidroxiquinolinolato.
Na presente invenção os materiais a depositar sobre o papel de modo a constituir a criação do dispositivo final poderão ser efetuados utilizando tecnologias de deposição física, química e físico-químicas de filmes finos à escala atômica, reativos e não reativos, realizadas a temperaturas próximas da temperatura ambiente, nomeadamente:
a pulverização catódica de corrente contínua de radiofrequência;
deposição térmica resistiva ou por canhão elétrons em vácuo;
a decomposição química de vapores assistida ou de ou não por plasma de radiofrequência ou UHF;
o aquecimento em vácuo;
o crescimento atômico epitaxial;
a deposição por jato de tinta;
a emulsão química.
As técnicas referenciadas permitem o crescimento controlado de filmes com espessuras entre os 1 nm e os 50 qm, de materiais orgânicos e inorgânicos, sem danificar o papel ou o desempenho eletrônico dos materiais depositados.
Sumário
A presente invenção descreve um processo de fabrico de dispositivo eletrônico ou optoeletrônico ativo semicondutor de efeito de campo com memória não volátil que incorpora um filme fino, designado papel (2), à base de fibras celulósicas naturais, fibras sintéticas ou mistas no dielétrico do referido dispositivo.
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5/39
Numa realização preferencial da presente invenção, o referido filme (2) atua adicionalmente como substrato do referido dispositivo, tornando-o autossustentável.
Uma realização, ainda mais preferencial da presente invenção, tem a particularidade de incorporar um ou mais componentes adicionais, de origem orgânica ou inorgânica, com características elétricas de um metal (3, 5), semicondutor (1), isolante (6) ou de adaptação (4), em estruturas singulares, compostas ou de multicamada, depositados de forma discreta ou contínua sobre as duas superfícies do papel.
Uma outra realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de incorporar os referidos componentes a temperaturas próximas da temperatura ambiente e estes poderem opcionalmente ser recozidos até 200°C.
Uma ainda outra realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de compreender a deposição de componentes por um ou mais dos seguintes métodos: por evaporação térmica resistiva ou por canhão de elétrons em vácuo, pulverização catódica de corrente contínua ou rádio frequência ou ultra alta frequência, assistida, ou não, por magnetrão, por decomposição química de vapores assistida, ou não, por rádio frequência ou por ultra alta frequência, por impressão a jato de tinta, por emulsão química.
Uma ainda outra realização mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de depositar componente ou componentes condutores (3, 5) compreendendo material condutor orgânico ou inorgânico, metálico ou óxido semicondutor de elevada condutividade, com espessuras até 3 0 um.
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6/39
Uma ainda outra realização, ainda mais preferencial da presente invenção, tem a particularidade de depositar componente ou componentes semicondutores (1) compreendendo um material inorgânico covalente, ou iônico singular ou composto, ou orgânico, com espessura entre 1 nm e 50 gm, preferencialmente ligas de silício ou óxidos multicompostos à base de zinco.
Uma outra realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de compreender como semicondutor um óxido iônico, cuja função é permitir a interligação das fibras revestidas com o óxido semicondutor ativo nos terminais da região de canal, sendo a sua utilização como regiões de dreno e fonte (5), sendo preferencialmente à base de ligas de zinco e índio.
Uma ainda outra realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de incorporar estruturas do tipo eletrodo metálico (3) -papel composto por fibras (2) semicondutor (1), em que o papel de origem celulósica natural ou sintética ou mista funciona simultaneamente como dielétrico e elemento capaz de permitir induzir e armazenar cargas na fibra, no semicondutor ativo ou na interface semicondutor papel.
Uma outra realização, ainda mais preferencial da presente invenção, tem a particularidade de aplicar ao referido papel de origem celulósica natural ou sintética ou mista uma camada (4) de passivação ou adaptação antes de se depositar qualquer outro elemento componente do dispositivo final.
Uma ainda outra realização, ainda mais preferencial da presente invenção, tem a particularidade de a referida
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7/39 camada (4) de passivação ou adaptação a aplicar compreender material dielétrico covalente ou iônico de elevada resistividade elétrica, em particular com espessuras de 1 nm até 500 nm, mais de duas ordens de grandeza inferiores à espessura das fibras que constituem o papel.
Uma outra realização da presente invenção tem a particularidade de encapsular o dispositivo final por um dielétrico (6) com espessura até 30 gm.
Uma ainda outra realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de o referido filme (2) compreender fibras de celulósicas naturais ou sintéticas produzidas por técnicas de regeneração, dissolução ou mistas com a capacidade de ter polarização elétrica espontânea em que o dielétrico tem cargas quasi-permanentes armazenadas independentemente de qualquer campo elétrico aplicado, comportando-se de forma similar a eletretes.
Uma ainda outra realização, ainda mais preferencial da presente invenção, tem a particularidade de as fibras celulósicas do referido papel (2) serem embebidas numa resina ou cola iônica cuja eletronegatividade é controlada, preferencialmente por adição de espécies catiônicas como o alumínio.
A presente invenção descreve ainda um dispositivo eletrônico ou optoeletrônico ativo semicondutor de efeito de campo com memória não volátil que compreende um filme fino, designado papel (2), à base de fibras celulósicas naturais, fibras sintéticas ou mistas no dielétrico do referido dispositivo.
Uma realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de o referido filme (2) atuar
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8/39 adicionalmente como substrato do referido dispositivo, tornando-o autossustentável.
Uma outra realização mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de compreender adicionalmente um ou mais componentes, de origem orgânica ou inorgânica, com características elétricas de um metal (3, 5), semicondutor (1), isolante (6) ou de adaptação (4), em estruturas singulares, compostas ou de multicamada, depositados de forma discreta ou contínua sobre as duas superfícies do papel.
Uma outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de o componente ou componentes condutores (3, 5) compreenderem material condutor orgânico ou inorgânico, metálico ou óxido semicondutor de elevada condutividade, com espessuras até 3 0 pm.
Uma ainda outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de o componente ou componentes semicondutores (1) compreenderem material inorgânico covalente, ou iônico singular ou composto, ou orgânico, com espessura entre 1 nm e 30 pm, preferencialmente ligas de silício ou óxidos multicompostos à base de zinco.
Uma outra realização mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de compreender como semicondutor um óxido iônico, cuja função é permitir a interligação das fibras revestidas com o óxido semicondutor ativo nos terminais da região de canal, sendo a sua utilização como regiões de dreno e fonte (5), sendo preferencialmente à base de ligas de zinco e índio.
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9/39
Uma outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de compreender estruturas do tipo eletrodo metálico (3) - papel composto por fibras (2) - semicondutor (1), em que o papel de origem celulósica natural ou sintética ou mista funciona simultaneamente como dielétrico e elemento capaz de permitir induzir e armazenar cargas na fibra, no semicondutor ativo ou na interface semicondutor papel.
Uma ainda outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de compreender uma camada (4) de passivação ou adaptação diretamente sobre o papel (2), antes de se depositar qualquer outro elemento componente do dispositivo final.
Uma outra realização mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de a referida camada (4) de passivação ou adaptação a aplicar compreender material dielétrico covalente ou iônico de elevada resistividade elétrica, em particular com espessuras até 500 nm, mais de duas ordens de grandeza inferiores à espessura das fibras que constituem o papel.
Uma outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de o dispositivo final estar encapsulado por um dielétrico (6) com espessura até 30 gm.
Uma ainda outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de os dispositivos terem a forma de um transistor tipo n ou p capazes de guardarem cargas elétricas e iônicas ao longo das fibras que constituem o papel (2) em função da sua eletronegatividade quando sujeitas a uma tensão degrau
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10/39 positiva, ou negativa, aplicada ao eletrodo porta (3) e de manterem as cargas após a retirada a aplicação dessa tensão, funcionando no modo de porta flutuante.
Uma outra realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de estar apto a que a informação guardada ao longo das fibras do papel possa ser totalmente removida ou apagada desde que se aplique uma tensão de sinal contrário à utilizada para guardar a informação e de intensidade igual ou superior à utilizada para guardar a informação.
Uma outra realização mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de estar apto a guardar no mesmo espaço informações distintas e escritas com potenciais distintos que o dispositivo é capaz de reconhecer de forma seletiva.
Uma ainda outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de estar apto a que a informação guardada possa ser continuamente acumulada por aplicação de tensões degrau de amplitudes diferentes ao eletrodo porta (3), contínuo ou não, situado na face do papel (2) oposta àquela que contém o semicondutor ativo (1).
Uma outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de estar apto a que a informação guardada não seja totalmente apagada se a tensão aplicada de sinal contrário tiver um valor em módulo inferior à tensão utilizada para escrever a informação.
Uma ainda outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de compreender sobre a camada semicondutora (1) dos dispositivos, dois
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11/39 materiais depositados de elevada condutividade perfeitamente iguais em termos de condutividade e separados entre si de distâncias que podem ir dos 10 nm a 500 qm, designados respectivamente de região de dreno e de região de fonte (5) e que permitem a interligação das fibras do papel (2) que contêm o óxido semicondutor ativo de cada um dos lados da região de canal.
Uma outra realização mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de as regiões de dreno e fonte compreenderem entre si um semicondutor contínuo orgânico ou inorgânico iônico, com condutividades de pelo menos três ordens de grandeza superior à do material semicondutor colocado sobre as fibras do papel, e sobre as quais foram depositadas, designada de região de canal (1), com espessuras em função da espessura das fibras de papel que contêm o semicondutor ativo que constitui a região do canal, e que variam preferencialmente entre os 1 nm e os 500 nm.
Uma outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de o semicondutor ativo depositado sobre as fibras do papel de forma discreta ser substituído por dois semicondutores (1, 7) de natureza eletrônica complementar isto é tipo p e tipo n, ou viceversa, justapostos e separados entre si de distâncias entre os 50 nm e os 10 qm, formando um dispositivo designado complementar.
Uma ainda outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de os dois semicondutores (1, 7) serem ligados entre si pelo mesmo material a usar respectivamente como dreno e fonte de cada
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12/39 um deles, funcionando como eletrodo comum e compreender adicionalmente dois terminais (5) independentes depositados e idênticos eletronicamente em cada um dos extremos das regiões de canal complementares que fazem a interligação entre as fibras (2) que contêm os respectivos semicondutores ativos (1, 7), designados de fonte ou dreno ou vice-versa.
Uma outra realização preferencial da presente invenção tem a particularidade de no dispositivo complementar, os dois transistores nunca estarem simultaneamente no estado ligado.
Uma outra realização mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de no dispositivo complementar, a informação armazenada só é apagada por aplicação de uma tensão de sinal contrário e com a mesma intensidade à utilizada para guardar a informação no eletrodo porta (3).
Uma outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de o referido papel (2) compreender fibras celulósicas naturais, fibras sintéticas ou mistas produzidas por técnicas de regeneração ou dissolução com a capacidade de ter polarização elétrica espontânea em que se reivindica o dielétrico ter cargas quasi-permanentes armazenadas independentemente de qualquer campo elétrico aplicado, comportando-se de forma similar a eletretes.
Uma outra realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a particularidade de as fibras celulósicas do referido papel (2) serem embebidas numa resina ou cola iônica cuja eletronegatividade é controlada,
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13/39 preferencialmente por adição de espécies catiônicas como o alumínio.
Fundamentos da invenção
Em termos de aplicações a utilização do papel com funções simultâneas de suporte físico e componente de dispositivos eletrônicos de efeito de campo com efeito de memória não são conhecidas para além das suas aplicações como suporte ou dielétrico passivo em condensadores elétricos.
A presente invenção implementa a utilização do papel de origem celulósica natural sintética ou mista para além das funções estáticas ou de mero substrato para outras funções ativas e dinâmicas reabilitando assim o papel como uma solução de alta tecnologia para aplicações de baixo custo e, eventualmente, descartáveis.
Este desenvolvimento permite dar uma outra aplicabilidade ao papel para além de desenhar/escrever de forma estática.
Para a prossecução deste objetivo é necessário combinar tecnologias dispersas de modo a que os materiais depositados respeitem parâmetros de aderência, elasticidade mecânica, estabilidade química, e qualidade eletrônica e óptica e adaptá-las a 3 níveis de requisitos: Processos de fabrico; Funcionalidade de materiais e dispositivos; Integração destes nas fibras e resinas mais cola que as sustêm e que constituem o elemento chave da memória.
Nos processos de fabrico, prepara-se o papel de modo a que se determine o modo de distribuição de fibras embebidas numa resina ou cola iônica cuja eletronegatividade é controlada, preferencialmente por adição de espécies
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14/39 catiônicas como o alumínio e seu grau de compactação que determinam o valor da constante dielétrica destas e assim da capacidade final do dispositivo onde este vai ser integrado. Para além disso, durante o processo de fabrico do papel há que controlar a natureza das cargas estáticas armazenadas independentemente de qualquer campo elétrico aplicado, resultante da natureza iônica da resina e colas usadas, que transformam o conjunto, dando-lhe um caráter similar ao que acontece com os eletretes no que diz respeito ao processo de retenção de cargas estáticas.
Para além disso pode ser necessário preparar as duas superfícies das faces do papel de modo a receberem os depósitos dos materiais necessários para completar o dispositivo final. Este tratamento pode consistir num simples tratamento em plasma de oxigênio das superfícies do papel, seguida ou não da deposição de uma pequena película do tipo dielétrico à nano escala função do grau de compacticidade do papel e do efeito de armazenamento de carga que se pretender.
Para obter as características acima mencionadas, os materiais a depositarem sobre as faces do papel serão materiais orgânicos ou inorgânicos com características de materiais metálicos, semicondutores e dielétricos.
Os metais a utilizar e processados por uma das tecnologias anteriormente referidas (3) como por exemplo prata, alumínio cobre, titânio, ouro, Cromo e platina, ou qualquer liga metálica resultante dos elementos anteriormente enunciados ou a sua deposição em multicamada, são utilizados no processamento de contactos elétricos contínuo do chamado eletrodo porta ou no fabrico das
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15/39 regiões de dreno e fonte (5) a depositar sobre os óxidos multi-compostos semicondutores ativos discretos usados apresentando resistividades inferiores a 10-4Q.cm. Para além dos metais inclui-se também para a mesma função (3) e (5) quaisquer óxidos semicondutor degenerados tais como o óxido de estanho, óxido de zinco e índio, óxido de índio dopado com estanho, óxido de zinco dopado com gálio, óxido de zinco dopado com alumínio com resistividades inferiores a 10-3Q.cm ou semicondutor orgânico com características condutoras de um metal como o P-dot.
Os semicondutores ativos tipo n ou tipo p a utilizar no processamento da região discreta ou contínua de canal (1) poderão ser orgânicos ou inorgânicos iônicos ativos. Em termos de materiais semicondutores orgânicos são de destacar os seguintes: tetraceno, pentaceno, Ftalocianina de cobre, Ftalocianina de óxido de titânio e Ftalocianina de zinco, entre outros, com resistividades que variam entre 1012-10-4 Q.cm.
No caso dos semicondutores inorgânicos iônicos a utilizar como semicondutor ativo discreto ou contínuo na região do canal estes constarão principalmente de óxidos nanocompositos ou multi-compostos, como por exemplo o óxido de zinco, o óxido de estanho, óxido de índio, óxido de titânio, óxido de cobre, óxido de alumio, óxido de alumínio e cobre, óxido de níquel, óxido de ruténio, óxido de cádmio, óxido de tântalo, óxidos multi-compostos de zinco de índio, óxidos multi-compostos de gálio, índio e zinco, óxidos multi-compostos de gálio, zinco e estanho, óxidos multi-compostos de cobre e Alumínio, óxidos multi-compostos de prata e cobre, óxidos multi-compostos de titânio, cobre,
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16/39 zinco, estanho e prata, quaisquer que sejam as percentagens das composições dos elementos constituintes que podem variar p0r si entre 0,1% e 99,9% com resistividades que variam entre 1014 -10-4 Q.cm e espessuras, que podem ser até 500 nm.
Em termos de materiais de muito elevada resistividade usados como material de passivação ou adaptação das interfaces dos materiais e fibras (4) estes são, essencialmente, óxidos e compostos azotados com espessuras entre os 1 nm e os 1000 nm tais como o dióxido de silício ou nitreto de silício, ou fluoreto de magnésio, ou misturas de háfnia e alumina ou dióxido de silício, ou material orgânico ou de um outro material simples ou em multicamada, como por exemplo o óxido de tântalo, a háfnia, a zircônia, o óxido de ítrio, alumina ou compostos como háfnia/óxido de tântalo, alumina/tântalo, háfnia/alumina; dióxido de silício/pentóxido de tântalo, tântalo ítrio; zircônia/tântalo, pentóxido de tântalo/dióxido de silício, alumina/óxido de titânio ou PMMA, ou POMA, ou mylar, todos processados a temperaturas que vão desde os -20°C até 200 °C, pretendendo-se que para além de altamente compactos e com superfícies altamente planas as estruturas dos materiais sejam amorfas ou nanoestruturados.
A seleção do material, ou dos materiais, mais adequados serão função do tempo de armazenamento de cargas pretendido e destes exibirem a diferença de função de trabalho desejada para com o material que constitui o canal, de forma a se conseguir o isolamento elétrico desejado e em que a definição e geometria espacial deste constituinte do dispositivo se faz usando uma técnica
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17/39 litográfica normal, ou por máscara ou por técnica litográfica designada por lift-off.
Em termos de dispositivos pretende-se:
1. Fabricar estruturas metal-isolante-semicondutor (MIS) como condensadores com a capacidade de armazenarem cargas elétricas durante tempos que medeiam entre a uma hora e as centenas de hora e em que o isolante/material indutor do processo de armazenamento de cargas elétricas e simultaneamente suporte do dispositivo é a folha de papel composta por fibras discretas contendo numa das faces o metal e na outra face o semicondutor ativo orgânico ou inorgânico depositado usando qualquer das tecnologias anteriormente referidas ((1), (2), (3));
2. Fabricar transistores de efeito de campo com efeito de memória não volátil de tipos n e p (figuras 3 a 5) em que o dielétrico e elemento armazenador ou indutor de armazenamento de cargas é o papel composto por camadas de fibras distribuídas por diferentes planos mecanicamente compactos e ligados por resinas e colas (2), o semicondutor ativo que constitui a região do canal é um semicondutor inorgânico iônico ou semicondutor orgânico (1) depositado discretamente sobre a superfície das fibras e as regiões de dreno e fonte são baseadas respectivamente num óxido altamente condutor ou num metal ou num semicondutor orgânico altamente condutor (4) através dos quais se faz a integração das fibras. Estes dispositivos têm uma constituição como se mostra na figura 2, em que o canal (1) é depositado diretamente sobre o papel composto por aglomeração de fibras (2) ou sobre uma camada de adaptação de interfaces previamente depositada sobre o papel (4)
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18/39 conjuntamente com os filmes que constituem as regiões de dreno e fonte (5) e na outra face do papel (2) é depositado o eletrodo contínuo porta (3) diretamente ou através de uma camada de adaptação constituído por um metal ou um óxido altamente condutor ou um material orgânico altamente condutor tal como o tetraceno, pentaceno, Ftalocianina de cobre, Ftalocianina de óxido de titânio e Ftalocianina de zinco, entre outros. Estes dispositivos terão mobilidades superiores a 0.5 cm2V-1s-1, razões de estado fechado/estado aberto superiores a 104, tempos de armazenamento superiores a uma hora, tensões limiares de funcionamento positivas, para transistores tipo n e negativas para transistores tipo p e a funcionarem quer no modo de enriquecimento, quer no modo de empobrecimento, podendo estar ou não encapsulados (6). Isto é, para ligarem necessitam que se aplique tensão ou estão já no estado de ligado sem aplicação de qualquer tensão. Nestes dispositivos a escrita da informação (retenção de cargas elétricas devida a elétrons ou próximo do eletrodo porta ou próximo da região de canal função do tipo de semicondutor do canal, respectivamente tipo p ou tipo n) faz-se aplicando uma tensão em valor absoluto superior à tensão limiar de funcionamento do dispositivo sendo o número de cargas armazenadas proporcionais ao valor da tensão aplicada que varia de forma continuada entre um valor mínimo igual à tensão limiar e uma tensão máxima correspondente à região de saturação de cargas elétricas na região ativa do canal. Para apagar totalmente a informação armazenada (traduzida em cargas elétricas e iônicas armazenadas) é necessário aplicar-se uma tensão de valor igual mas de sinal contrário ao da tensão utilizada para
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19/39 escrever (guardar cargas) a informação. Tal permite guardar
| no mesmo | espaço informações | distintas e | escritas | com |
| potenciais | distintos que o | dispositivo | é capaz | de |
| reconhecer | de forma seletiva. |
3. Fabricar dispositivos do tipo CMOS ou C-MESFET com capacidade de memória não volátil em que o material usado simultaneamente como substrato e dielétrico com a capacidade de armazenar ou induzir o armazenamento de cargas elétricas é o papel composto por fibras discretas e os semicondutores tipo p e n complementares incorporados no dispositivo serão ou semicondutores inorgânicos iônicos ou semicondutores orgânicos, ou qualquer das suas combinações híbridas possíveis depositados sobre as fibras que constituem o papel como se mostra na figura 6. Isto é, um dispositivo baseado em dois transistores de efeito de campo um tipo p e outro tipo n com uma porta comum e em que na saída um dos seus terminais (fonte e dreno ou vice-versa) é comum e os outros dois terminais de saída são independentes e que aplicação, por exemplo, de uma tensão positiva o transistor tipo n (1) fica no estado ligado e de escrita enquanto o transistor tipo p (7) fica no estado de desligado ou de apagar a informação, acontecendo o inverso quando se aplica uma tensão negativa.
A presente invenção pretende gerar um novo conceito de aplicação para o papel de base celulósica e novos semicondutores inorgânicos iônicos e semicondutores orgânicos, singulares ou na forma híbrida para aplicações de memórias não voláteis para a qual não se conhece nenhuma patente no estado da técnica com as funcionalidades acima mencionadas. Isto é de estrutura de condensadores MIS para
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20/39 efeitos de aplicação em memórias não voláteis ou de transistores de efeito de campo com efeito de memória não volátil ou dispositivos CMOS com efeito de memória não volátil em que o papel é simultaneamente elemento de suporte e elemento ativo que promove o armazenamento de cargas e as suas combinações com semicondutores inorgânicos à base de óxidos multi-compostos ou semicondutores orgânicos.
A pesquisa efetuada em várias bases de dados sobre registros de patentes mostrou que nenhum dos processos, produtos e sistemas de funcionalidade do papel que são objeto da presente invenção forma já objeto de publicação ou de submissão de patente.
O conceito da presente invenção é novo sendo que, embora a sua realização se baseie em tecnologias que por si só são conhecidas, a sua novidade está na sua integração específica e complexa a um novo conjunto de finalidades.
Antecedentes da invenção
De seguida, passamos a descrever o estado da técnica e patentes anteriores a esta invenção ou com a qual possam estar relacionadas.
Em termos de I&D ou de aplicação, desconhece-se qualquer atividade que esteja próxima ou corresponda ao objeto da presente invenção, nos seus aspectos de processo integrado, produtos e sistemas resultantes.
Da busca efetuada encontramos as seguintes patentes, próximas da presente invenção, mas que não contemplam a utilização de suporte celulósico para funções simultâneas de substrato e componente eletrônico com efeitos de memória.
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1. O pedido de patente PT n.° 103951 de 2008 refere-se à utilização do papel de base celulósica ou bio-orgânica como suporte físico para o processamento de dispositivos e sistemas da eletrônica e não à sua integração no próprio fabrico e sustentação dos dispositivos e sistemas eletrônicos com efeito de memória. Isto é, na patente PT 103951 o papel é simples suporte físico de dispositivos da eletrônica que são produzidos por qualquer das tecnologias convencionais, usando semicondutores covalentes ou iônicos orgânicos e inorgânicos, incluindo as respectivas ligações metálicas. O único ponto de convergência da presente patente com a anteriormente mencionada é o de que as tecnologias de processamento dos materiais em que se baseiam os dispositivos são as mesmas. Por outro lado o efeito de memória reivindicado na patente PT n.° 103951 refere-se aos materiais eletrocrômicos que se se depositam sobre o papel e que mantêm o seu estado de oxidação (oxidado ou reduzido) após se retirar o estímulo elétrico que lhe deu origem. Efeito este que é reversível. Este efeito de memória nada tem a ver com a presente invenção em que o efeito de memória não volátil está associado a uma característica intrínseca ao papel e á inovação associada á criação de novos dispositivos eletrônicos baseados na integração de fibras celulósicas de diferentes origens sobre as quais se depositam semicondutores ativos e cuja integração superficial se faz através de contactos com características metálicas que permitem a interligação de todas as fibras e respectivos semicondutores ativos que se encontram na mesma face e em que o controlo que permite a indução de cargas se baseia num eletrodo porta contínuo
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22/39 depositado na outra face do papel sobre o qual se aplica um impulso elétrico que permite escrever, ler, re-escrever ou apagar a informação armazenada e coletada no conjunto de fibras que se traduz por existir corrente ou não corrente a circular na região de canal constituída pelo semicondutor ativo.
2. A patente americana n° 3,617,372, de 1967, referese a papel eletrocondutor, para realização de imagens eletrostáticas, em que se atua na área de fabrico do papel em volume, fazendo com este contenha cadeias poliméricas do grupo hidroxietil e hidroxipropil, de forma a adequar o papel às funções de captação de imagem, e proporcionar impressão sem contacto. Encontra-se caducada. Tinha a ver com o constituinte em volume do papel na captação e gravação de imagens, nada tendo a ver com o objeto da presente invenção.
3. A patente japonesa JP2003123559, “Forming method and its device for transparent conductive film, transparent conductive film and eletronic paper” - visa a produção de filmes transparentes e condutivos a baixas temperaturas, nomeadamente de ITO (ou ZnO), pelo método da decomposição química de vapores assistido por um plasma usando as formas gasosas de iodeto de Índio e cloreto de estanho (Nitrato de zinco, (Zn(NO3)2.6H2O)), numa atmosfera oxigenada, com ou sem um gás inerte do tipo Argônio, depositadas sobre membranas poliméricas de politeofeno ou outro material de base orgânico, visando a sua utilização no chamado papel eletrônico (e-paper). Isto é, a possibilidade de reescrever caracteres alfanuméricos ou imagens num filme flexível baseado num óxido condutor transparente, depositado sobre
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23/39 um substrato orgânico. No caso concreto, pretende-se, por exemplo, que o óxido condutor e transparente sirva de eletrodo para aplicação de campos elétricos para controlo de tonalidade de imagens, por exemplo, as formadas a partir de orientação de cristais líquidos. Esta patente versa sobre o processo de obtenção dos filmes, o sistema utilizado e as características físico - mecânicas dos filmes obtidos, tais como a adesão. Isto é, a patente tem por objetivo a produção sobre substratos orgânicos de óxidos condutores a serem utilizados simplesmente como eletrodos, não incluindo na patente a utilização do papel de origem celulósica simultaneamente como componente eletrônico com capacidade de memória e sustento do dispositivo que incorpora.
4. A patente americana US 2006/0132894 - visa a deposição de óxidos condutores transparentes nas duas faces do papel eletrônico, tendo por objetivo aplicações similares às descritas pela patente JP2003123559. Isto é, adaptação das tecnologias usadas em mostradores, nomeadamente cristal líquido para novos mostradores flexíveis produzidos sobre suportes orgânicos. Assim sendo, as reivindicações desta patente são na área dos equipamentos utilizados e de como processar e reter uma imagem em substratos flexíveis orgânicos, incluindo o controle de partículas não condutivas colocadas no interior do próprio papel ou sob os óxidos produzidos, com a capacidade de alterarem o seu grau de transmitância, por aplicação de um campo elétrico. Este não é campo de aplicação da presente invenção.
5. A patente canadense CA682814 Eletrically
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24/39 conductive paper, and method of making it” - diz respeito ao processamento em volume de papel condutor, referindo-se nomeadamente à inclusão no volume deste de fibras condutoras revestidas a metal ou não, aleatoriamente dispersas numa matriz celulósica. Este não é o campo de aplicação da presente invenção, que não passa pela manipulação da estrutura do papel.
6. A patente americana US2003/0192664A1 “Use of vinylamine polymers with ionic, cross-linked polymeric microbeads in paper making” refere-se a um método de fabrico de papel e seus constituintes, nomeadamente no uso de aditivos iônicos orgânicos de modo a facilitar a drenagem e retenção de líquidos no papel. Esta patente nada tem a ver com o objeto da presente invenção.
7. A patente americana US2004/0249055A1, Paper coating latex using ionic monomer”, refere-se a um revestimento de papel contendo monômeros iônicos copoliméricos ou a inclusão destes mesmos monômeros no volume do papel de modo a otimizar as propriedades de estabilidade e de retenção de fluidos, que não constituem objeto da presente invenção.
8. A patente canadense CA767053 Eletrically conductive paper” - refere-se ao revestimento de papel celulósico em volume condutor, revestido de um material isolante fotocondutor, associado à incorporação de zeólitos, capaz de garantir uma resistividade inferior a 1012 Q.cm, visando o desenvolvimento e manutenção de cargas eletrostáticas para impressão de informação. Este não é o campo de aplicação da presente invenção onde se pretende que o papel funcione como dielétrico com capacidade de
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25/39 armazenar cargas e simultaneamente servir de elemento de suporte dos diferentes componentes que constituem o dispositivo a desenvolver nas duas faces do papel.
9. A patente canadense CA898082 Polymeric quaternary derivatives of 4-vinyl pyridine in eletrically conductive paper - visa à utilização de polímeros quaternários capazes de receberem revestimentos fotocondutores capazes de produzirem papel de cópia eletrostático. Este não é o campo de aplicação da presente invenção.
10. A patente canadense CA922140 Eletro-conductive paper - contempla o papel eletrocondutor com polímeros como pelo menos 75% da sua constituição, útil nas técnicas de reprodução de imagens. A patente protege todas as composições contendo estruturas radicais do tipo:
R ~ch2-c- r1
I /
0—C-Ç'~A—N+ *X‘
I \
R3 R2
Este não é campo de aplicação da presente invenção.
Do exposto, conclui-se que, em termos de produto e processos mencionados na presente invenção não existe, que seja do nosso conhecimento, qualquer pedido de patente ou resultado publicado.
As patentes e referências referidas, correspondem ao estado da técnica da área em que a presente invenção se insere, com a qual existem alguns pontos periféricos de contacto, em termos de processos e materiais usados como condutores, em superfícies plastificadas e o fato dos processos, em alguns casos, se efetuarem também à
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26/39 temperatura ambiente. No entanto, desconhece-se a existência de trabalho e patentes ou pedidos de patentes técnicas que foquem a utilização do papel de origem celulósica simultaneamente como componente de dispositivos ativos com efeito de memória e sustentáculo físico desses dispositivos, seus derivados ou compostos.
A presente invenção consiste numa integração de diferentes tecnologias, visando a criação de dispositivos eletrônicos de efeito de campo auto sustentáveis com efeito de memória não volátil constituídos por papel celulósico, seus compostos ou derivados que determinam a funcionalidade final desses produtos e sistemas com a capacidade de isolar eletricamente um eletrodo porta constituído por um filme com características metálicas ao qual se aplica a tensão de controlo ou escrita da informação de um outro eletrodo semicondutor designado de canal onde se induzem as cargas e se armadilham outras ativadas nas fibras e suas vizinhanças, como sejam as cargas iônicas, a serem retidas ou retiradas e cuja circulação é função do modo de polarização efetuada sobre dois terminais simétricos designados respectivamente de fonte e dreno que se depositam sobre este último semicondutor e em que o apagar da informação armazenada requer a aplicação de uma tensão com o mesmo valor absoluto mas de sinal contrário o que lhe confere seletividade na escrita e no apagar da informação. Desconhece-se, na forma laboratorial tentada ou realizada, a realização destes tipos de dispositivos. Este é o objeto central da presente invenção, na qual resulta um dispositivo híbrido que produz efeitos novos e acrescenta um valor novo na aplicação da invenção, que não está
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27/39 presente nos sistemas compreendidos no estado da técnica.
Breve descrição dos desenhos
Figura 1. Vista esquemática da estrutura básica dum condensador constituído por Metal, Isolante e Semicondutor desencapsulado ou designado de condensador MIS, de acordo com a legenda:
1- Semicondutor ativo tipo p ou n orgânico ou inorgânico iônico a depositar sobre as fibras;
2- Papel constituído por fibras de origem celulósica natural ou sintética ou mistas ligadas química (resina e cola) ou mecanicamente entre si a funcionar simultaneamente como dielétrico discreto armazenador de cargas e suporte físico do componente eletrônico;
3- Eletrodo porta a funcionar como contacto elétrico contínuo que serve também de eletrodo feito de um metal ou liga metálica ou deposição sucessiva de dois metais ou de um óxido semicondutor de elevada condutividade ou de um material orgânico de elevada condutividade.
4- Camada de passivação ou adaptação das interfaces a existir num ou nas duas interfaces do papel.
Figura 2. Vista esquemática dum transistor de efeito de campo tipo n ou p com efeito de memória não volátil com ou sem camada de adaptação dos materiais depositados e as duas superfícies do papel usado como dielétrico com efeito de memória e em que as regiões de dreno e fonte são depositadas sobre o semicondutor ativo depositado sobre as fibras e que promove a integração e ligação das diferentes fibras, de acordo com a legenda:
5- Região de Fonte e ou Dreno do transistor de efeito de campo constituída por um semicondutor orgânico de
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28/39 elevada condutividade como o P-dot ou por um Metal ou óxido semicondutor singular, compósito ou multi composto de elevada condutividade.
6- Camada de encapsulamento, passivação de superfície.
Figura 3. Vista esquemática dum dispositivo de efeito de campo CMOS com efeito de memória não volátil desencapsulado com camadas de adaptação entre os materiais depositados e as duas superfícies do papel usado como dielétrico e em que os semicondutores ativos p e n ou viceversa se sobrepõem às regiões de dreno e fonte, de acordo com a legenda:
| 7- Região de canal | cujo tipo de | semicondutor | é | |
| complementar do canal | do | semicondutor correspondente | à | |
| legenda 1 que caso seja | n | o complementar | será tipo p | ou |
| vice-versa. | ||||
| Descrição detalhada | da | implementação | preferencial | da |
| presente invenção | ||||
| A presente invenção | consiste na utiliz | ação de papel | de |
origem celulósica ou compostos celulósicos de diferentes gramagens e composições na criação de memórias não voláteis em que o papel e suas fibras atuam simultaneamente como suporte físico de dispositivos singulares ou integrados da eletrônica e opto eletrônica e como dielétrico capaz de reter ou induzir cargas elétricas e iônicas em dispositivos de efeito de campo baseados em óxidos semicondutores multicompostos ou semicondutores orgânicos na forma singular ou híbrida para o fabrico do eletrodo porta, região do canal, regiões de dreno na forma simples do tipo p ou n ou na forma complementar do tipo p e n a funcionarem nos modos de
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29/39 enriquecimento ou de empobrecimento e adequação de processos de deposição compatíveis com este o processo, de modo a não danificar o papel para os restantes constituintes da memória não eletrônica. Para este efeito todos os processos realizam-se a temperaturas abaixo dos 150 °C, especialmente os que ocorrem sobre a superfície do papel, podendo mesmo ser realizados a temperaturas tão baixas quanto os menos 20° centígrados.
Pelo exposto, a presente invenção apresenta um conjunto de funções e técnicas que através de novos processos inovadores, permitem novos produtos e sistemas que envolvem o papel na dupla função de suporte físico e componente eletrônico capaz de reter ou induzir a retenção de cargas elétricas em dispositivos de efeito de campo com efeito de memória não volátil tipo p ou tipo n simples ou complementares. Isto é, a existência simultânea de dois dispositivos um tipo p e outro tipo n a funcionarem sob a ação do mesmo eletrodo porta mas com regiões de canais distintas (uma à base de um semicondutor tipo p e outro à base de um semicondutor tipo n) e uma região de dreno e fonte ou vice-versa comuns e uma fonte e um dreno separados, com dimensões que podem ir até 925 pm, associados a cada uma das regiões.
A - Condensador MIS com capacidade de armazenamento de cargas elétricas
A figura 1 é uma ilustração de um condensador de tipo Metal Isolante Semicondutor, designado de estrutura MIS em que as interfaces das duas superfícies do papel (2) podem ou não ser passivadas por tratamento específico num plasma de oxigênio ou pela deposição de uma película altamente
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30/39 isolante com dimensões na ordem dos nanômetros (4) . Na figura 1 o eletrodo porta (3) pode ser feito á base de um metal ou liga metálica ou um óxido semicondutor degenerado contínuos. Em qualquer dos casos o semicondutor ativo poderá se um semicondutor orgânico ou inorgânico iônico (1) depositado sobre as fibras que constituem o papel. Qualquer dos componentes que constitui o dispositivo pode ser fabricado por uma técnica de deposição, física, ou física e química ou química, como a seguir se descrimina, convencionais.
O princípio de funcionamento do dispositivo baseia-se no chamado efeito de campo em que as cargas coletadas e/ou armazenadas ao longo das fibras e resina que as rodeia são função do modo como as fibras se encontram associadas ao longo das camadas que constituem a espessura do papel, à eletronegatividade do papel e campo elétrico aplicado ao eletrodo porta. A tensão necessária aplicar para guardar a informação (cargas elétricas) é superior à tensão mínima necessária para se induzir cargas elétricas através do papel ao semicondutor, podendo esse valor variar em valor absoluto entre 0,2 Volts e 100 Volts, função essencialmente da espessura do papel e do grau de compactação das fibras celulósicas. O tempo de armazenamento ou retenção das cargas elétricas pode variar entre os 30 minutos e as várias centenas de horas função do campo elétrico aplicado, espessura do papel, número de fibras celulósicas que constituem o papel resistividade do semicondutor utilizado, eletronegatividade das fibras, cargas iônicas estáticas existentes no papel e do acabamento das superfícies do papel serem ou não passivadas e do dispositivo ter sido ou
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31/39 não encapsulado.
B - Processo de fabrico de condensador MIS com capacidade de armazenamento de cargas elétricas
Como primeira etapa, independentemente do tipo e gramagem do papel utilizado é necessário preparar e condicionar a superfície, tendo em conta a sua textura e o pretender-se fabricar filmes contínuos. Tal é conseguido através de:
a) Ou sujeição das duas superfícies do papel a tratamento por UV, durante 10 minutos;
b) Ou sujeição das duas superfícies do papel a um plasma rádio frequência ou de corrente continua em atmosfera de Oxigênio ou Argônio ou Azoto ou Xenônio ou misturas de Azoto e hidrogênio até percentagens de 95:5 a pressões entre 1-10-2 Pa por 5-15 minutos, usando densidades de potência entre 0.01-3 Wcm-2;
c) Ou depositar uma película de passivação - que pode ser um cerâmico nanocompósito ou multicomposto azotado ou oxidado - com espessura variando entre 2-200nm;
d) Ou limpeza da superfície com jato de azoto/hidrogênio, como forma de remover nanopartículas libertas e ativar a superfície (sendo essa a função do hidrogênio contido na mistura com azoto).
Uma vez preparada a superfície, esta é transferida para o meio onde se irão processar as diferentes etapas, de acordo com o que pretenda realizar.
i) Para o processamento de eletrodo metálico, representado na figura 1 com a referência (3) este é constituído por um depósito de um material inorgânico metálico ou óxido condutor ou material orgânico como o P
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32/39 dot com resistividades elétricas inferiores a 10 3Q.cm produzidos por qualquer das técnicas de forma a formar um filme contínuo que a seguir se indica:
I) Evaporação térmica em vácuo, resistiva ou por canhão de elétrons, usando depressões inferiores a 10-3 Pa e sistemas em que a temperatura do substrato é controlada por arrefecimento desde os -20°C a 150 °C. As espessuras mínimas a usar são da ordem dos 10 nm. Este processo pode ser implementado e efetuado de forma contínua (rolo a rolo) e as distâncias substrato filamento aquecido ou cadinho é função das dimensões da folha de papel a usar, podendo variar preferencialmente entre os 25 centímetros e os 50 centímetros.
II) Pulverização catódica (corrente continua ou rádio frequência ultra elevada respectivamente designados por DC, RF ou UHF) , ASSISTIDA POR MAGNETRÃO, efetuada em atmosfera de argônio, com ou sem adição de oxigênio durante o processo de fabrico e em que a temperatura do substrato é controlada (arrefecimento) a depressões entre os 1 Pa e os 10-1 Pa e em que as distâncias substrato alvo metálico variam entre os 5cm e os 15cm, em função das dimensões do alvo a utilizar e das dimensões da folha de papel a depositar.
III) Impressão a jato de tinta a partir de uma solução química contende componentes orgânicos ou inorgânicos que se pretendam depositar e em que as espessuras mínimas dos materiais depositados são de 10 nm.
IV) Por emulsão química de dispersão rápida de uma solução química contendo os elementos a depositar com espessuras até 400 nm.
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33/39 ii) Para o processamento do semicondutor ativo orgânico ou inorgânico iônico referenciados com o número 1 nas figuras 1 e 2 e a depositar sobre as fibras que constituem o papel através de uma das seguintes técnicas:
V) Pulverização catódica (DC ou RF ou UHF), assistida por magnetrão, usando atmosfera reativa oxidante e substratos metálicos ou cerâmicos, com diferentes composições e graus de pureza. As depressões a usar variam entre os 1 Pa e os 10-1 Pa e a pressão parcial de oxigênio varia entre os 10-4 Pa e os 10-2 Pa; e em que as distâncias substrato alvo variam entre os 5 cm e os 15 cm, em função das dimensões do alvo a utilizar e das dimensões da folha de papel a depositar. As espessuras a utilizar são da ordem dos 1-500 nm.
VI) Evaporação térmica em vácuo, resistiva ou por canhão de elétrons, a partir de materiais cerâmicos/óxidos contendo os elementos metálicos a depositar e cujo processo decorre a depressões inferiores a 10-3 Pa, seguindo os procedimentos já anteriormente descritos para esta técnica.
VII) Decomposição química de vapores assistida por plasma de rádio frequência ou UHF. Neste caso, os elementos a depositar encontram-se na forma gasosa usando-se no processo depressões da ordem dos 10-200 Pa, densidades de potência entre os 0.03-2 Wcm-2 e frequências de excitação entre os 13.56 MHz e os 60 MHz. As espessuras úteis do semicondutor ativo são da ordem dos 10-800 nm.
VIII) Impressão a jato de tinta a partir de uma solução química contende componentes orgânicos ou inorgânicos, em que as espessuras mínimas dos materiais depositados são de 1-500 nm.
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IX) Por dispersão rápida de uma solução química contendo os elementos a depositar e em que as espessuras dos materiais depositados serão de 1-500 nm.
iii) Para o processamento da camada de adaptação referenciada na figura 1 com o número 4 ou a camada de encapsulamento referenciada com o número 6 o processo de fabrico a utilizar é o indicado no item ii), usando o mesmo tipo de materiais mas agora exibindo resistividades elétricas pelo menos 3 ordens superiores à do semicondutor ativo qualquer que ele seja.
C - Processamento e criação de transistores de efeito de campo com efeito de memória não volátil
Nesta secção descreve-se o método de processamento de transistores de efeito de campo com efeito de memória não volátil tipo n ou tipo p encapsulados ou não encapsulados com ou sem camada de adaptação nas interfaces do papel como a título de exemplo se mostra na figuras 2 a trabalharem no regime de enriquecimento ou de depleção, isto é precisam ou não precisarem de aplicação de uma tensão ao eletrodo porta para estarem no estado de ligado ou de guardar a informação. A função do papel associado ao dispositivo de efeito de campo é a de permitir garantir o isolamento elétrico necessário ao processo de indução de cargas elétricas na interface papel semicondutor e armazená-las isto é reter cargas na ausência de qualquer tensão porta aplicada até que uma outra tensão de igual intensidade mas de sinal contrário for de novo aplicada ao eletrodo porta. Caso se aplique uma outra tensão que não seja a devida para apagar a informação guardada ou o processo de acumulação de cargas elétricas aumenta (caso se apliquem no eletrodo
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35/39 porta tensões do mesmo sinal da utilizada para guardar a informação de intensidade superiores ou inferiores) ou diminui (caso se aplique ao eletrodo porta tensões de sinal contrário à utilizada para guardar as cargas elétricas mas agora de valor absoluto inferior à intensidade da tensão aplicada ao eletrodo porta para guardar as cargas elétricas) ou extingue-se (caso se aplique ao eletrodo porta tensões de sinal contrário à utilizada para guardar as cargas elétricas mas agora de valor absoluto igual ou superior à intensidade da tensão aplicada ao eletrodo porta para guardar as cargas elétricas) . A figura 2 é uma vista esquemática de um transistor de efeito de campo com efeito de memória não volátil onde se notam as fibras distribuídas por vários planos e imersas numa resina e cola e onde também se inclui a passivação ou adaptação das interfaces.
Os materiais a usar como semicondutor iônico ativo tipo n ou tipo p para o processamento da região de canal a depositar sobre as fibras, referenciados com o número 1 na figura 2 são essencialmente multicompostos tais como óxido de zinco, o óxido de zinco ligado a alumínio, o óxido de estanho ligado a flúor, ou óxido de cobre, ou óxido de cádmio ou óxido de prata, ou óxido de prata, ou ligas compostas de índio e molibdênio, ou ligas compostas de índio e estanho, ou ligas compostas de índio e zinco, ou ligas compostas de zinco e gálio, ou ligas compostas de índio zinco e gálio, ou ligas compostas de índio zinco e prata, ou ligas compostas de índio zinco e zircônia, ou ligas compostas de índio zinco e cobre, ou ligas compostas de índio zinco e cádmio, ou ligas compostas de índio zinco e estanho, ou ligas compostas de gálio zinco e estanho, ou
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36/39 ligas compostas de índio zinco e molibdênio, ou ligas compostas de hafnia ou titânia ou alumina ou óxido e tântalo em composições que podem variar de 0,1% a 99,9% dos seus constituintes, exibindo resistividades entre 1011 100Q.cm, função da composição e da pressão parcial de oxigênio usada durante o processo de fabrico. As tecnologias a utilizar são todas as descritas em A ii). As espessuras úteis das regiões de canal variam entre 1-500 nm e são bem inferiores às espessuras das fibras que constituem o papel em pela menos uma ordem de grandeza.
Para o processamento das regiões de dreno e fonte referenciadas com o número 5 na figura 2, separadas entre si de entre 10 nm a 500 gm, usam-se os mesmos semicondutores anteriormente referenciados mas agora com resistividades menores, entre 100 -10-6Q.cm, ou metais com ou ligas metálicas ou estruturas de multicamada envolvendo os seguintes materiais: titânio, alumínio, ouro, prata, cromo, ou molibdênio apresentando resistividades menores 5 O.cm, usando as mesmas tecnologias já anteriormente referenciadas que permitem a interligação e ligação das fibras contendo o semicondutor ativo. As espessuras úteis das regiões de dreno e fonte variam entre 1-30000 nm consoante se pretende a integração numa fibra singular ou a
| integração e ligação | de várias | fibras | contendo | o |
| semicondutor ativo no mesmo plano. | ||||
| As camadas de | adaptação | ou passivação | ou | |
| encapsulamento a usar são | as mesmas | que as já | referidas | no |
| item A. | ||||
| D - Processamento de | dispositivos CMOS de | memória | não |
volátil
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O exemplo a dar-se consiste na utilização em simultâneo de dois transistores de efeito de campo, um tipo n a funcionar no modo de enriquecimento, como se mostra na referência (1) na figuras 3, e outro tipo -p a funcionar como carga dinâmica, a funcionar também no modo de enriquecimento ou um transistor tipo n a funcionar no modo de depleção indicados pela referência (7), fabricados de acordo com o já descrito com ou sem camada de passivação das duas ou uma das superfícies da folha de papel e que corresponde ao fabrico de um dispositivo designado por CMOS de memória não volátil. Neste tipo de circuito os dois transistores nunca estão simultaneamente no estado ligado, permitindo a sua utilização na concepção de circuitos digitais e na concepção de portas lógicas com a capacidade de armazenarem cargas elétricas. O processo de fabrico a utilizar e as espessuras dos seus diferentes constituintes são as já mencionadas para o caso do fabrico do transistor de efeito de campo com efeito de memória não volátil.
Deve ficar claro que as concretizações dos presentes dispositivos e circuitos semicondutores e suas aplicações descritas, anteriormente, são simplesmente possíveis exemplos de implementação, meramente estabelecidos para um claro entendimento dos princípios da invenção que envolve a criação de novos dispositivos com novas funcionalidades de memória em que as fibras do papel constituem o seu componente principal. Podem ser efetuadas variações e modificações às concretizações referidas anteriormente sem que se desviem substancialmente do espírito e princípio da invenção. Todas essas modificações e variações devem ser incluídas no âmbito desta divulgação e presente invenção e
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38/39 protegidas pelas reivindicações da invenção.
Aplicações
As principais indústrias que, atualmente, podem vir a utilizar os dispositivos e circuitos integrados resultantes da utilização desta inovação são toda a indústria eletrônica, a indústria de semicondutores, a indústria de memórias e afim, a indústria de circuitos lógicos, a indústria de instrumentação e sensores, a indústria médica e de biotecnologia, a indústria opto eletrônica, a indústria da micro e nanoeletrônica. Os dispositivos baseados nesta invenção são para aplicação direta em toda a eletrônica baseada em dispositivos de efeito de campo com efeito de memória, podendo incluir os circuitos de condução e armazenamento de informação (registros); concepção de circuitos lógicos, nomeadamente circuitos do tipo buffer e
| contadores; | condensadores com | elevada | capacidade | de |
| retenção de | cargas e outros. | |||
| O pres | ente invento tem como | obj etivo | desenvolver | e |
| criar um | produto ou produtos | usando | técnicas | de |
processamento simples e baratas convencionais, o que implica a utilização de técnicas de processamento que se coadunem ao processamento de filmes finos sobre as duas faces do papel de origem celulósica a baixas temperaturas levando à criação do paper-e que dará lugar à eletrônica verde do futuro.
Por outro lado, os processos tecnológicos de fabrico requeridos são compatíveis com os já existentes na indústria eletrônica, ou opto eletrônica ou de semicondutores, nomeadamente os processos de pulverização catódica para grandes áreas, ou de evaporação térmica ou de
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39/39 sol-gel ou de jato de tinta, não necessitando, por conseguinte, de investimentos elevados, em termos de pesquisa e adequação de tecnologia.
As vantagens técnicas proporcionadas com a presente invenção permitem a utilização ativa do papel de forma dinâmica e não só estática servindo simultaneamente como substrato e componente ativo dos dispositivos eletrônicos com capacidade de memória não volátil que sobre este se produzem.
Embora a implementação preferencial tenha sido descrita em detalhe, deve ser entendido que diversas variações, substituições e alterações podem ser introduzidas, sem se afastarem do âmbito da presente invenção, mesmo que todas as vantagens acima identificadas não estejam presentes. As concretizações aqui apresentadas ilustram a presente invenção que pode ser implementada e incorporada numa variedade de formas diferentes, que se enquadram no âmbito da mesma. Também as técnicas, construções, elementos, e processos descritos e ilustrados na implementação preferencial como distintos ou separados, podem ser combinados ou integrados com outras técnicas, construções, elementos, ou processos, sem se afastarem do âmbito da invenção. Embora a presente invenção tenha sido descrita em diversas concretizações, estas podem ser ainda modificadas, de acordo com o âmbito de aplicação da presente invenção. Outros exemplos de variações, substituições, e alterações são facilmente determináveis por aqueles versados na técnica e poderiam ser introduzidos sem se afastar do espírito e âmbito da presente invenção.
Claims (12)
1. Processo de fabrico de dispositivo eletrônico ou optoeletrônico ativo semicondutor de efeito de campo com memória não volátil compreendendo as etapas de:
incorporar papel (2), que compreende fibras celulósicas naturais, fibras sintéticas ou respectivas combinações, no dielétrico do referido dispositivo, o processo caracterizado pelo fato de que as referidas fibras são embebidas em uma resina ou cola iônica cuja eletronegatividade é controlada por adição de espécies catiônicas como o alumínio, permanecendo as referidas fibras discretas e ligadas mecânica ou quimicamente; e aplicar uma camada de semicondutor ativo (1) no referido papel, pelo menos dez vezes mais fina que as fibras que constituem o referido papel.
2/4 caracterizado por o referido filme (2) atuar adicionalmente como substrato do referido dispositivo.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a etapa de modificar as constantes dielétrica e de eletronegatividade do papel pelo uso da polarização elétrica espontânea das referidas fibras; grau de compactação do papel; ou por suas combinações.
3/4 material orgânico, com espessura entre 1 nm e 5 pm, preferencialmente ligas de silício ou óxidos multicompostos à base de zinco;
dreno e fonte (3, 5) compreendendo material condutor orgânico ou inorgânico, de elevada condutividade;
dielétrico (6) de até 30 pm para proteção externa.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender ainda a etapa de, na fabricação do referido papel, ligar as referidas fibras em planos por resinas e colas (2).
4/4
13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11 ou
12, caracterizado por a espessura do referido papel ser entre 1 micrometro e 8000 micrometros.
14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11 ou
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender ainda a etapa de, na fabricação do referido papel, ligar as referidas fibras mecanicamente entre si.
5 12, caracterizado por estar apto a guardar informação.
15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11 ou
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,
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6. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a referida aplicação de semicondutor ser suficiente para realizar a interconexão por fibras discretas revestidas entre os extremos da região do canal (1), sendo estas as regiões de dreno e fonte (5).
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender uma ou mais etapas adicionais de aplicação de componentes, de origem orgânica ou inorgânica, com características elétricas de um metal (3, 5), semicondutor (1), isolante (6) ou de adaptação (4), em estruturas singulares, compostas ou de multicamada, depositados de forma discreta ou contínua sobre uma ou as duas superfícies do papel, de modo a obter dispositivos ativos compreendendo semicondutores complementares metal óxido, CMOS.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender a etapa de deposição por métodos convencionais químicos, físicos ou da combinação de ambas as técnicas como pulverização, impressão a jato de tinta e emulsão química, dos referidos componentes que constituem os dispositivos finais a temperaturas próximas da temperatura ambiente e por estes componentes poderem ser recozidos até 200°C.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por depositar componente ou componentes semicondutores, como:
canal (1) compreendendo um material inorgânico covalente, ou material iônico singular ou composto, ou
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10. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por aplicar ao referido papel, de origem celulósica natural ou sintética ou mista, uma camada (4) de passivação ou adaptação antes de se depositar qualquer outro componente do dispositivo final.
11. Dispositivo eletrônico ou optoeletrônico ativo semicondutor de efeito de campo com memória não volátil compreendendo:
papel (2), como dielétrico e armazenador de carga, que compreende fibras celulósicas naturais, fibras sintéticas ou respectivas combinações, o dispositivo caracterizado pelo fato de que as referidas fibras são embebidas em uma resina ou cola iônica cuja eletronegatividade é controlada por adição de espécies catiônicas como o alumínio, permanecendo as referidas fibras discretas e sendo ligadas mecânica ou quimicamente, no dielétrico do referido dispositivo; e
caracterizado por ser adicionalmente obtenível por qualquer um dos processos de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10.
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12, caracterizado por compreender um par de semicondutores de natureza eletrônica complementar de tipo p e tipo n, ou vice-versa, formando, assim, um dispositivo complementar.
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