KR20150115818A - 감전발색 디바이스 내 결함-경감층 - Google Patents

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KR20150115818A
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데인 길라스피
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로버트 티. 로즈비키
디샤 메타니
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Abstract

감전발색 디바이스 및 방법은 전자 전도층 및/또는 감전발색 활성 층이 반대 극성의 층과 접촉하는 것 및 결함이 형성되는 영역에서 단락 회로를 생성하는 것을 방지하는 결함-경감 절연층의 부가를 채용할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 캡슐화 층은 입자를 캡슐화하고 그것들이 디바이스 스택으로부터 탈출되어 후속 층이 퇴적될 때 단락 회로의 위험이 생기게 하는 것을 방지하도록 제공된다. 절연층은 약 1 내지 108 옴-㎝의 전자 저항률을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 절연층은 이하의 금속 산화물 중 하나 이상을 포함하고 있다: 알루미늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 세륨 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물. 탄화물, 질화물, 산화질화물 및 산화탄화물이 또한 사용될 수 있다.

Description

감전발색 디바이스 내 결함-경감층{DEFECT-MITIGATION LAYERS IN ELECTROCHROMIC DEVICES}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 번호 제61/541,999호에 대한 우선권을 주장하는, 2012년 9월 27일자로 출원된 PCT 출원 PCT/US2012/057606의 일부 계속 출원인, 2014년 2월 8일자로 출원된 미국 출원 제13/763,505호에 관한 우선권을 주장하며, 참고로 그 전체가 다목적으로 본 명세서에 편입된다.
감전발색은 물질이 전형적으로는 전압 변화를 받게 됨으로써, 다른 전자 상태에 놓일 때, 광학 속성에서 가역적 감전발색-매개 변화를 나타내 보이는 현상이다. 광학 속성은 전형적으로 발색, 투과율, 흡광도 및 반사율 중 하나 이상이다. 감전발색 물질은, 예를 들어, 창문 및 거울에 편입될 수 있다. 그러한 창문 및 거울의 발색, 투과율, 흡광도 및/또는 반사율은 감전발색 물질에서의 변화를 유도함으로써 변화될 수 있다. 그렇지만, 관용적 감전발색 창문은, 예를 들어, 높은 결함도 및 낮은 다재성으로 시달리기 때문에 그것들을 만들고 그리고/또는 사용하는 감전발색 기술, 장치 및 관련 방법에서의 발전이 필요로 된다.
감전발색 디바이스 설계 및 감전발색 디바이스를 생산하기 위한 프로세스가 여기에 개시된다. 일부 실시예에 있어서, 디바이스 및 방법은 전자 전도층 및/또는 감전발색 활성 층이 반대 극성의 층과 접촉하는 것 및 결함이 형성되는 영역에서 단락 회로를 생성하는 것을 방지하는 결함-경감 절연층의 부가를 채용한다. 일부 실시예에 있어서, 캡슐화 층은 입자를 캡슐화하고 그것들이 디바이스 스택으로부터 탈출되어 후속 층이 퇴적될(deposited) 때 단락 회로의 위험이 생기게 하는 것을 방지하도록 제공된다. 소정 실시예에 있어서, 절연층은 약 1 내지 5x1010 옴-㎝의 전자 저항률을 갖는다. 일부 실시예에 있어서, 상기 절연층은 이하의 금속 산화물 중 하나 이상을 포함하고 있다: 세륨 산화물, 티타늄 산화물, 알루미늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물, 탄탈룸 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물. 소정 실시예에 있어서, 절연층은 질화물, 탄화물, 산화질화물, 또는 열거된 산화물의 산화탄화물 유사물과 같은 질화물, 탄화물, 산화질화물 또는 산화탄화물을 포함하고 있다. 일례로서, 절연층은 이하의 금속 질화물 중 하나 이상을 포함한다: 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물 및 텅스텐 질화물. 절연층은 또한 산화물 및 질화물 금속(예를 들어, 실리콘 산화질화물)의 혼합 또는 다른 조합을 포함하고 있다.
본 개시의 일 태양은 이하의 특징을 특징으로 하는 감전발색 디바이스에 관한 것이다: (a) 기판; (b) 기판 상에 배치된 제1 전극층으로서, 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제1 전극층; (c) 감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하는 감전발색 스택(electrochromic stack); (d) 감전발색 스택 상에 배치된 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제2 전극층; 및 (e) 실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 물질을 포함하는 결함-경감 절연층. 절연층은 (i) 감전발색층 내 중간 위치와 감전발색층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 전극층의 위치 사이의 위치 또는 (ii) 카운터 전극층 내 중간 위치와 상기 카운터 전극층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 전극층의 위치 사이의 위치에 배치된다. 일부 구현에 있어서, 감전발색 스택은 등급형 조성을 갖는다.
소정 실시예에 있어서, 감전발색 물질은 캐소드형 발색 감전발색 물질이고 카운터 전극 물질은 애노드형 발색 감전발색 물질이다. 감전발색층은 제1 전극층에 인접하고 카운터 전극층은 제2 전극층에 인접한다. 감전발색 물질은 텅스텐 산화물일 수 있다. 카운터 전극 물질은 니켈 텅스텐 산화물일 수 있다. 감전발색 스택은 또한 감전발색층과 카운터 전극층 사이에 끼워진 이온 전도층을 포함할 수 있다.
그러한 실시예에 있어서는, 결함-경감 절연층은 디바이스 내 다양한 위치에 위치하고 있을 수 있다. 예를 들어, 절연층은 카운터 전극층 내 중간 위치와 제2 전극층의 위치 사이의 위치에 배치될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 절연층은 카운터 전극층 내 중간 위치에 배치된다. 일부 경우에 있어서, 결함-경감 절연층은, 상기 제2 전극층과 접촉하여, 제2 전극층과 카운터 전극층 사이에 배치된다.
소정 실시예에 있어서, 감전발색 물질은 캐소드형 발색 감전발색 물질이고 카운터 전극 물질은 애노드형 발색 감전발색 물질이고, 감전발색층은 제2 전극층에 인접하고 카운터 전극층은 제1 전극층에 인접한다. 일부 그러한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 감전발색층 내 중간 위치와 제2 전극층의 위치 사이의 위치에 배치된다. 다른 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 감전발색층 내 중간 위치에 배치된다. 또 다른 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은, 제2 전극층과 접촉하여, 제2 전극층과 카운터 전극층 사이에 배치된다.
일부 구현에 있어서, 감전발색 스택은 별개로 퇴적된 이온 도체층을 포함하고 있지 않다. 일부 구현에 있어서, 감전발색 디바이스 내 가시적 단락-관련 핀홀 결함의 수는 제곱 센티미터당 약 0.005보다 더 크지 않다. 일부 경우에 있어서, 감전발색 스택은 전적으로 고체 상태 및 무기물이다.
감전발색 디바이스는 제1 전극층에 근접한 제2 결함-경감 절연층을 부가적으로 포함할 수 있다. 그러한 디바이스에 있어서, 양 결함-경감 절연층은 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다.
일부 구현에 있어서, 기판은 유리만을 또는 다른 구조 부재를 포함하고 있다. 그러한 경우에 있어서, 제1 전극은 기판과 직접 접촉한다. 다른 구현에 있어서, 디바이스는 기판과 제1 전극층 사이에 하나 이상의 층을 더 포함한다. 예를 들어, 기판과 제1 전극층 사이의 층 중 하나는 확산 장벽 층일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 감전발색층은 텅스텐 산화물을 각각 포함하는 2개의 부-층을 포함하고, 하나의 부-층은 다른 하나의 부-층보다 더 큰 산소 농도를 갖는다. 일례로서, 그러한 실시예에 있어서 카운터 전극 물질은 니켈 텅스텐 산화물이다.
결함-경감 절연층은 다양한 물질로 만들어지고 다양한 속성을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물이다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 탄탈룸 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물일 수 있다. 대안으로, 결함-경감 절연층은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 및 텅스텐 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 질화물일 수 있다. 더더욱, 결함-경감 절연층은 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈룸 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 탄화물일 수 있다. 일부 디바이스에 있어서, 결함-경감 절연층은 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 포함하고 있다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함할 수 있다.
결함-경감 절연층은 두께가 약 5㎚ 내지 500㎚일 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 절연층은 약 1 옴-㎝ 내지 1015 옴-㎝의 전자 저항률을 갖는다. 소정 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 이온 전도성이다.
본 개시의 다른 일 태양은 이하의 작업을 특징으로 하는 감전발색 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다: (a) 기판 상에 배치된 제1 전극층 상에 감전발색 스택을 형성하는 단계로서, 감전발색 스택은 감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하고, 제1 전극층은 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 형성하는 단계; (b) 감전발색 스택 상에, 밑에, 또는 내에 결함-경감 절연층을 형성하는 단계로서, 결함-경감 절연층은 실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 물질을 포함하는 상기 형성하는 단계; 및 (c) 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제2 전극층을 감전발색 스택 위에 형성하는 단계. 결함-경감 절연층은 (i) 감전발색층 내 중간 위치와 감전발색층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 전극층의 위치 사이의 위치 또는 (ii) 카운터 전극층 내 중간 위치와 카운터 전극층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 전극층의 위치 사이의 위치에 배치된다.
일부 구현에 있어서, 감전발색층은 캐소드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있고 감전발색 스택 내 카운터 전극층 전에 형성된다. 일부 그러한 구현에 있어서, 결함-경감 절연층은, 제1 전극층과 접촉하여, 제1 전극층과 감전발색층 사이에 형성된다. 다른 구현에 있어서, 결함-경감 절연층은, 상기 제2 전극층과 접촉하여, 제2 전극층과 카운터 전극층 사이에 형성된다. 그러한 경우에 있어서, 결함-경감 절연층은 카운터 전극층 내에 형성된다. 또 다른 구현에 있어서, 결함-경감 절연층은 감전발색층 내에 형성된다. 일부 그러한 구현에 있어서, 프로세스는 제1 전극층과 감전발색층 사이 제2 결함-경감 절연층을 형성하거나 폴리싱하는 단계를 부가적으로 포함한다.
일부 구현에 있어서, 감전발색층은 캐소드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있고 감전발색 스택 내 카운터 전극층 후에 형성된다. 일부 그러한 구현에 있어서, 프로세스는 제1 전극층과 카운터 전극층 사이에 제2 결함-경감 절연층을 형성하거나 폴리싱하는 단계를 부가적으로 포함한다. 일부 그러한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은, 제2 전극층과 접촉하여, 제2 전극층과 감전발색층 사이에 형성된다. 다른 구현에 있어서, 결함-경감 절연층은 감전발색층 내에 형성된다. 또 다른 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 카운터 전극층 내에 형성된다. 또 다른 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은, 상기 제1 전극층과 접촉하여, 제1 전극층과 카운터 전극층 사이에 형성된다.
소정 실시예에 있어서, 상기 감전발색 스택을 형성하는 작업은 이온 전도층을 퇴적시키지 않고 수행된다. 소정 실시예에 있어서, 감전발색 스택은 전적으로 고체 상태 및 무기물이다. 예를 들어, 감전발색 물질은 텅스텐 산화물일 수 있다. 일부 프로세스에 있어서, 카운터 전극 물질은 니켈 텅스텐 산화물이다. 일부 방법에 있어서, 감전발색 스택을 형성하는 단계는 각각 텅스텐 산화물을 포함하지만 다른 산소 레벨을 갖는 2개의 부-층을 갖는 감전발색층을 형성하는 단계를 포함한다.
방법은 다양한 유형의 결함-경감 절연층을 퇴적시킬 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물이다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 탄탈룸 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물일 수 있다. 대안으로, 결함-경감 절연층은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 및 텅스텐 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 질화물일 수 있다. 더더욱, 결함-경감 절연층은 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈룸 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 탄화물일 수 있다. 일부 디바이스에 있어서, 결함-경감 절연층은 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 포함하고 있다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함할 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 절연층은 약 1 옴-㎝ 내지 1015 옴-㎝의 전자 저항률을 갖는다.
결함-경감 절연층을 형성하는 단계는 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결함-경감 절연층을 형성하는 단계는 프로세스에 제공될 때 기판 상의 절연층을 폴리싱하는 단계를 포함할 수 있고, 전자 절연성 물질 중 하나는 폴리싱 화합물의 입자를 포함하고 있다. 일부 그러한 예에 있어서, 기판 상의 절연층은 티타늄 이산화물을 포함하고 있다. 일부 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층을 형성하는 단계는 기판 상의 제1 전극층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 결함-경감 절연층의 전자 절연성 물질은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하고 있다.
일부 방법에 있어서, 하나 이상의 층은 기판과 제1 전극층 사이에 배치된다. 예를 들어, 기판과 제1 전극층 사이의 층 중 하나는 확산 장벽 층일 수 있다.
소정 실시예에 있어서, 방법은 제2 결함-경감 절연층을 형성하는 단계를 부가적으로 포함한다. 양 결함-경감 절연층은 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다.
다양한 구현에 있어서, 방법은 감전발색 스택의 적어도 일부 상에 리튬을 퇴적시키는 단계를 부가적으로 포함한다. 일부 경우에 있어서, 리튬을 퇴적시키는 단계는 결함-경감 절연층을 형성하는 단계 이전에 수행된다.
본 개시의 다른 일 태양은 이하의 구성요소를 특징으로 하는 감전발색 디바이스에 관한 것이다: (a) 기판; (b) 기판 상에 배치된 제1 전극층으로서, 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제1 전극층; (c) 감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하는 감전발색 스택으로서, 제1 전극층은 기판과 감전발색 스택 사이에 있는 감전발색 스택; (d) 감전발색 스택이 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 배치되도록 감전발색 스택 상에 배치된 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제2 전극층; 및 (e) 실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 결함-경감 절연층으로서, 제1 전극층과 감전발색 스택 사이에 배치되는 결함-경감 절연층. 다양한 구현에 있어서, 감전발색 디바이스는 제2 결함-경감 절연층을 포함하되, 제2 결함-경감 절연층은 감전발색 스택 상에 또는 내에 배치된다.
본 개시의 이러한 태양의 디바이스에 있어서, 결함-경감 절연층은 다양한 물질로 만들어지고 다양한 속성을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물이다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 탄탈룸 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물일 수 있다. 대안으로, 결함-경감 절연층은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 및 텅스텐 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 질화물일 수 있다. 더더욱, 결함-경감 절연층은 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈룸 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 탄화물일 수 있다. 일부 디바이스에 있어서, 결함-경감 절연층은 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 포함하고 있다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함할 수 있다. 이러한 태양의 다양한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 약 5㎚ 내지 100㎚의 두께이다.
일부 경우에 있어서, 결함-경감 절연층은 티타늄 산화물 또는 주석 산화물을 포함하고 있다. 일부 경우에 있어서, 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하고 있다. 일부 경우에 있어서, 결함-경감 절연층은 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 포함하고 있다.
본 개시의 추가적 태양은 이하의 구성요소를 특징으로 하는 감전발색 디바이스에 관한 것이다: (a) 기판; (b) 기판 상에 배치된 제1 전극층으로서, 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제1 전극층; (c) 감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하는 감전발색 스택으로서, 제1 전극층은 기판과 감전발색 스택 사이에 있는 감전발색 스택; (d) 감전발색 스택이 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 배치되도록 감전발색 스택 상에 배치된 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제2 전극층; 및 (e) 실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 결함-경감 절연층으로서, 제2 전극층과 감전발색 스택 사이에 배치되는 결함-경감 절연층. 소정 실시예에 있어서, 제2 전극층은 인듐 주석 산화물을 포함하고 있다.
본 개시의 이러한 태양의 디바이스에 있어서, 결함-경감 절연층은 다양한 물질로 만들어지고 다양한 속성을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물이다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 탄탈룸 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물일 수 있다. 대안으로, 결함-경감 절연층은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 및 텅스텐 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 질화물일 수 있다. 더더욱, 결함-경감 절연층은 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈룸 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 탄화물일 수 있다. 일부 디바이스에 있어서, 결함-경감 절연층은 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 포함하고 있다. 예를 들어, 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함할 수 있다. 이러한 태양의 다양한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 약 5㎚ 내지 100㎚의 두께이다.
다양한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 약 5㎚ 내지 500㎚의 두께이다. 다양한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 이온 전도성이다. 일부 구현에 있어서, 디바이스는 제2 결함-경감 절연층을 포함하되, 제2 결함-경감 절연층은 감전발색 스택 밑에 또는 내에 배치된다.
본 개시의 다른 일 태양은 감전발색 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이며, 그 방법은 이하의 작업을 특징으로 한다: (a) 스퍼터 퇴적 장치(sputter deposition apparatus) 내에 기판을 수용하는 단계; (b) 기판 상에 감전발색 스택을 형성하는 단계; 및 (c) 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제2 전극층을 감전발색 스택 위에 형성하는 단계. 감전발색 스택은 감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함한다. 퇴적 장치 내 수용된 기판은 제1 전극층 및 위에 형성된 결함-경감 절연층을 포함하고, 제1 전극층은 기판과 결함-경감 절연층 사이에 배치되고, 제1 전극층은 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함한다. 절연층은 전자 절연성이고 실질적으로 투과성이다. 일부 실시예에 있어서, 방법은 감전발색 스택 상에 또는 내에 제2 결함-경감 절연층을 형성하는 단계를 부가적으로 포함한다.
방법은 기판 상에 감전발색 스택을 형성하는 단계 이전에 결함-경감 절연층을 폴리싱하는 단계를 더 포함한다. 폴리싱은 선택사항으로서는 결함-경감 절연층의 퇴적 이전뿐만 아니라 후에도 수행될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 폴리싱은 결함-경감 절연층의 퇴적 후에만 수행된다. 층의 퇴적 전 및/또는 후에, 폴리싱 결과로서, 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함할 수 있다. 폴리싱의 추가적 논의는 2012년 9월 28일자로 출원된 PCT 국제 출원 번호 PCT/US2012/057606에서 찾아볼 수 있으며, 참고로 그 전문이 본 명세서에 편입된다.
이러한 태양의 방법 동안 산출된 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물을 포함하고 있을 수 있다. 그러한 결함-경감 절연층의 예는 알루미늄 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하고 있다. 일부 경우에 있어서, 결함-경감 절연층은 약 5 내지 100㎚의 두께이다.
본 개시의 다른 일 태양은 감전발색 디바이스를 제조하기 위한 장치에 관한 것이며, 그 장치는: (i) 기판이 제1 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 기판 상에 감전발색 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제1 물질을 포함하는 제1 표적을 포함하고 있는 제1 퇴적 스테이션, (ii) 기판이 제2 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 기판 상에 카운터 전극 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제2 물질을 포함하는 제2 표적을 포함하고 있는 제2 퇴적 스테이션, 및 (iii) 전자 절연성이고 실질적으로 투과성인 결함-경감 절연층을 퇴적시키도록 구성된 제3 퇴적 스테이션을 포함하는 통합형 퇴적 시스템(integrated deposition system)을 특징으로 한다. 장치는 또한 기판 상에 스택을 순차적으로 퇴적시키는 방식으로 제1 및 제2 퇴적 스테이션을 통해 기판을 통과시키기 위한 프로그램 명령어를 포함하고 있는 컨트롤러를 특징으로 하되, 스택은 감전발색 물질의 층, 카운터 전극 물질의 층, 및 결함-경감 절연층을 포함한다.
그러한 장치는, 스택 상에 전극층을 퇴적시키도록 구성된 제4 퇴적 스테이션을 부가적으로 포함할 수 있되, 전극층은 투과적 전자 전도성 물질을 포함하고 있다. 일부 구현에 있어서, 장치는 기판이 리튬 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 카운터 전극 물질의 층 상에 또는 내에 또는 감전발색 물질의 층 상에 또는 내에 리튬을 퇴적시키기 위한 리튬 표적을 포함하고 있는 상기 리튬 퇴적 스테이션을 부가적으로 포함한다.
소정 실시예에 있어서, 프로그램 명령어는 (i) 감전발색층 내 중간 위치와 감전발색층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 전극층의 위치 사이의 위치 또는 (ii) 카운터 전극층 내 중간 위치와 카운터 전극층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 전극층의 위치 사이의 위치에 결함-경감 절연층을 퇴적시키기 위한 명령어를 포함한다.
본 개시의 또 다른 일 태양은 감전발색 디바이스를 제조하기 위한 장치에 관한 것이며, 그 장치는: (i) 기판이 제1 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 기판 상에 감전발색 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제1 물질을 포함하는 제1 표적을 포함하고 있는 제1 퇴적 스테이션, (ii) 기판이 제2 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 기판 상에 카운터 전극 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제2 물질을 포함하는 제2 표적을 포함하고 있는 제2 퇴적 스테이션, 및 (iii) 기판 상의 결함-경감 절연층을 폴리싱하도록 구성된 폴리셔(polisher)를 포함하는 통합형 퇴적 시스템을 특징으로 한다. 장치는 또한 기판 상에 스택을 순차적으로 퇴적시키는 방식으로 제1 및 제2 퇴적 스테이션을 통해 기판을 통과시키기 위한 프로그램 명령어를 포함하고 있는 컨트롤러를 특징으로 하되, 스택은 감전발색 물질의 층 및 카운터 전극 물질의 층을 포함한다. 일부 설계에 있어서, 폴리셔는 결함-경감 절연층 내 전자 저항성 입자를 편입시키도록 구성된다.
그러한 장치는, 스택 상에 전극층을 퇴적시키도록 구성된 제3 퇴적 스테이션을 부가적으로 포함할 수 있되, 전극층은 투과적 전자 전도성 물질을 포함한다. 더욱, 그러한 장치는 기판이 리튬 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 카운터 전극 물질의 층 상에 또는 내에 또는 감전발색 물질의 층 상에 또는 내에 리튬을 퇴적시키기 위한 리튬 표적을 포함하고 있는 리튬 퇴적 스테이션을 부가적으로 포함한다.
개시된 실시예의 이들 및 다른 특징 및 이점은 연관 도면을 참조하여 아래에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 감전발색 디바이스의 구조 및 기능의 묘사도;
도 2는 감전발색 디바이스 내 입자 결함의 묘사도;
도 3a 내지 도 3d는 팝-오프 결함의 형성 및 치유 태양의 묘사도;
도 4a는 결함-경감 절연층이 제2(예를 들어, 상위) 투과적 전도성 층과 카운터 전극층 및 감전발색층 중 나중에 형성된 것 사이에 배치되는 감전발색 디바이스의 묘사도;
도 4b는 절연층이 카운터 전극층의 2개 부분의 사이에(또는 대안으로, 감전발색층이 카운터 전극층의 위에 형성되면, 감전발색층의 2개의 부분 사이에) 배치되는 감전발색 디바이스의 묘사도;
도 4c는 결함-경감 절연층이 제2(예를 들어, 상위) 투과적 전도성 층과 카운터 전극층 및 감전발색층 중 나중에 형성된 것 사이에 배치되고, 절연층이 카운터 전극층(또는 감전발색층)의 수정된 형태(더 전자 저항성)인 감전발색 디바이스의 묘사도;
도 4d는 2개의 결함-경감 절연층을 갖고 감전발색과 카운터 전극층 사이에 퇴적된 이온 전도층이 없는 감전발색 디바이스의 묘사도;
도 4e는 결함-경감 절연층이 입자를 캡슐화하는 감전발색 디바이스의 묘사도;
도 4f는 내부에 박힌 결함-경감층을 갖는 등급형 감전발색 디바이스의 묘사도;
도 4g 내지 도 4o는 디바이스 스택 내 결함-경감 절연층의 여러 다른 위치를 예시하는 감전발색 디바이스의 스캐닝 전자 마이크로그래프;
도 5a는 하나 이상의 결함-경감 절연층의 도입에 의해 수정될 수 있는 감전발색 디바이스를 형성하기 위한 베이스라인 프로세스의 순서도;
도 5b 및 도 5c는 디바이스 제조 작업의 순서 내 특정된 위치에서 결함-경감 절연층의 형성을 편입시키는 프로세스의 순서도;
도 5d는 제1 및 제2 결함-경감 절연층이 투과적 전도성 층에 인접하여 형성되는 소정 실시예에 따른 프로세스의 순서도; 및
도 5e는 투과적 전도성 층 및 결함-경감 절연층이 기판 상에 제공되는 소정 실시예에 따른 프로세스의 순서도.
본 개시는 감전발색 디바이스 내 결함에 의해 생성된 어려움을 감축하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 소정 유형의 결함은 감전발색 제품 내 특히 매력적이지 못한 흠을 산출하는 단락 회로를 도입한다. 다양한 개시된 실시예는 감전발색 디바이스 스택 내 부가적 층의 삽입에 관한 것이다. 이러한 부가적 층은 2개의 전도성 층 사이 절연층을 제공하는 일차적 역할을 하여, 그렇지 않았더라면, 입자가 제조 동안 디바이스 스택으로부터 탈출되었으면 회로를 단락시켰을 것이다. 입자 탈출과 연관된 단락의 문제는 도 3a 내지 도 3d의 맥락에서 아래에 설명된다.
일 구현에 있어서, 때로는 결함-경감 절연층이라고 지칭되는 저항성 층은 입자 탈출을 야기하는 성향을 갖는 작업의 실행 후 다음 작업인 프로세스 작업에서 퇴적된다. 입자 탈출 단계의 일례는 디바이스 스택 내 리튬 금속의 도입이다(때로는 여기에서 리튬화라고 지칭된다). 일부 경우에 있어서, 절연층은 제조 동안 퇴적된 입자를 캡슐화하도록 퇴적된다. 캡슐화된 입자는 캡슐화되지 않은 입자보다는 부분 제조된 디바이스 스택으로부터 탈출하여 단락 회로에 이를 가능성이 더 적다.
감전발색 디바이스 - 예
절연층 및 절연층 퇴적을 편입하고 있는 프로세스의 더 상세한 설명을 보기 전에, 감전발색 디바이스 구조 및 제조의 예가 제시될 것이다. 도 1a 및 도 1b는 감전발색 디바이스(100)의 도식적 단면도로서, 그러한 디바이스에 대한 공통 구조적 모티프를 보여주고 있다. 감전발색 디바이스(100)는 기판(102), 전도성 층(CL)(104), 감전발색층(106), 선택사항인 이온 전도 (전기적 저항성) 층(IC)(108), 카운터 전극층(CE)(110), 및 다른 전도성 층(CL)(112)을 포함한다. 엘리먼트(104, 106, 108, 110, 112)는 일괄하여 감전발색 스택(114)이라고 지칭된다. 감전발색 스택(112) 양단에 전기 전위를 인가하도록 동작가능한 전압 소스(116)는, 예를 들어, 소색 상태(도 1a 참조)로부터 발색 상태(도 1b 참조)로 감전발색 디바이스의 전이를 달성한다.
층의 순서는 기판에 대해 역으로 될 수 있다. 즉, 층은 다음 순서로 있을 수 있다: 기판, 전도성 층, 카운터 전극층, 이온 전도층, 감전발색 물질 층, 및 전도성 층. 카운터 전극층은 감전발색이거나 그렇지 않은 물질을 포함할 수 있다. 감전발색층과 카운터 전극층이 둘 다 감전발색 물질을 채용하면, 그들 중 하나는 캐소드형 발색 물질이어야 하고 다른 하나는 애노드형 발색 물질이어야 한다. 예를 들어, 감전발색층은 캐소드형 발색 물질을 채용할 수 있고 카운터 전극층은 애노드형 발색 물질을 채용할 수 있다. 이것은 감전발색층이 텅스텐 산화물이고 카운터 전극층이 니켈 텅스텐 산화물일 때 그렇다.
전도성 층은 흔히 금속 산화물, 합금 산화물, 및 그 도핑된 버전과 같은 투과적 전도성 물질을 포함하고, 그들이 투과적 전도 산화물로 만들어지기 때문에 흔히 "TCO" 층이라고 지칭된다. 그렇지만, 일반적으로, 투과적 층은 디바이스 스택과 양립가능한 어떠한 투과적, 전자 전도성 물질로라도 만들어질 수 있다. 일부 유리 기판에는, 때로는 "TEC"라고 지칭되는, 불화계 주석 산화물과 같은 박형 투과적 전도성 산화물 층이 제공된다.
디바이스(100)는, 여기에서 설명되는 실시예의 맥락을 이해하기 위하여, 예시적 목적을 위한 것이다. 여기에서 설명되는 방법 및 장치는, 감전발색 디바이스의 구조적 배열에 무관하게, 감전발색 디바이스 내 결함을 식별 및 감축하도록 사용된다.
정규 동작 동안, 디바이스(100)와 같은 감전발색 디바이스는 소색 상태와 발색 상태 사이를 가역적으로 사이클링한다. 도 1a에 묘사된 바와 같이, 소색 상태에서, 전위는 스택 내 이용가능한 이온(예를 들어, 리튬 이온)이 주로 카운터 전극(110) 내 거주하게 야기하도록 감전발색 스택(114)의 전극(투과적 도체층(104, 112)) 양단에 인가된다. 감전발색층(106)이 캐소드형 발색 물질을 포함하고 있으면, 디바이스는 소색 상태에 있다. 소정 감전발색 디바이스에 있어서, 이용가능한 이온으로 로딩될 때, 카운터 전극층(110)은 이온 축적 층이라고 생각될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 감전발색 스택 상의 전위가 역으로 될 때, 이온은 이온 전도층(108)을 가로질러 감전발색층(106)으로 수송되고 물질이 발색 상태에 들어가게 야기한다. 또다시, 이것은 감전발색 디바이스 내 광학적 가역 물질이 캐소드형 발색 감전발색 물질임을 상정한다. 소정 실시예에 있어서, 카운터 전극 물질로부터의 이온의 공핍은 그것이 또한 묘사된 바와 같이 발색되게 야기한다. 환언하면, 카운터 전극 물질은 애노드형 발색 감전발색 물질이다. 그리하여, 층(106, 110)은 스택을 통해 전달되는 광의 양을 상승효과적으로 감축하도록 조합된다. 역 전압이 디바이스(100)에 인가될 때, 이온은 감전발색층(106)으로부터, 이온 전도층(108)을 통해, 그리고 다시 카운터 전극층(110)으로 다닌다. 결과로서, 디바이스는 소색된다.
감전발색 디바이스의 일부 적절한 예는 다음의 미국 특허 출원에 제시되어 있으며, 각각은 참고로 그 전체가 편입된다: 2009년 12월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/645,111호; 2010년 4월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/772,055호; 2009년 12월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/645,159호; 2010년 6월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/814,279호; 및 2012년 5월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/462,725호.
도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명된 것들과 같은 감전발색 디바이스는, 예를 들어, 감전발색 창문에서 사용된다. 예를 들어, 기판(102)는 감전발색 디바이스가 제조되는 건축용 유리일 수 있다. 건축용 유리는 빌딩 물질로서 사용되는 유리이다. 건축용 유리는 전형적으로는 상업용 빌딩에서 사용되지만, 주거 빌딩에서 사용될 수도 있고, 전형적으로, 반드시는 아니더라도, 실내 환경을 실외 환경으로부터 분리시킨다. 소정 실시예에 있어서, 건축용 유리는 적어도 20 인치 대 20 인치이고, 더 클 수 있다, 예를 들어, 약 72 인치 대 120 인치만큼 클 수 있다.
감전발색 창문에 점점 더 큰 기판이 사용됨에 따라, 감전발색 디바이스 내 결함을 최소화하는 것이 바람직한데, 그렇지 않으면 감전발색 창문의 성능 및 시각적 품질이 악화될 것이기 때문이다. 여기에서 설명되는 실시예는 감전발색 창문 내 결함도를 경감할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 감전발색 유리는 절연 유리 유닛(IGU) 내 통합된다. 절연 유리 유닛은, 일반적으로 유닛에 의해 형성된 공간 내 포함되어 있는 가스의 열 절연 속성을 최대화하면서 동시에 유닛을 통한 깨끗한 시야를 제공하려는 의도로, 유닛으로 조립되는 다수의 유리 판유리를 포함한다. 감전발색 유리를 편입하는 절연 유리 유닛은, 감전발색 유리를 전압 소스에 접속시키기 위한 전기 단자를 제외하고는, 당업계에 현재 알려져 있는 절연 유리 유닛과 유사하다.
감전발색 디바이스 내 결함도
여기에서 사용될 때, 용어 "결함"은 감전발색 디바이스의 결함도 포인트 또는 영역을 지칭한다. 전형적으로, 결함은 전기적 단락 또는 핀홀이다. 더욱, 결함은 가시적 또는 비-가시적으로 특징지어질 수 있다. 일반적으로, 감전발색 디바이스 내 결함, 및 때로는 결함 주위 에어리어는 감전발색 디바이스의 비-결함도 영역이 발색되거나 아니면 광학 상태를 변화시키게 야기하기에 충분한 인가된 전위에 응답하여 광학 상태를 변화(예를 들어, 발색)시키지 않는다. 흔히 결함은 감전발색 창문 또는 다른 디바이스 내 시각적으로 분간할 수 있는 이상으로서 분명히 드러날 것이다. 그러한 결함은 여기에서는 "가시적" 결함이라고 지칭된다. 다른 결함은 너무 작아서 그것들은 정규 사용에서는 관찰자에게 시각적으로 현저하지 않다(예를 들어, 그러한 결함은 디바이스가 낮 동안 발색 상태에 있을 때 현저한 라이트 포인트 또는 "핀홀"을 산출하지 않는다).
단락은 이온 전도층에 걸쳐 이어지는 국소형 전자 전도성 경로(예를 들어, 2개의 투과적 전도성 층 사이 전자 전도성 경로)이다. 전형적으로, 가시적 단락을 야기하는 결함은, 시각적 관점에서는 비교적 작은 결함인, 수십 마이크로미터, 때로는 미만의 차수의 물리적 치수를 가질 것이다. 그렇지만, 이들 비교적 작은 결함은, 예를 들어, 직경이 약 1 센티미터, 때로는 더 큰 발색된 감전발색 창문 내 시각적 이상, "헤일로"의 결과를 초래한다. 헤일로는 결함을 격리시킴으로써, 예를 들어 레이저 스크라이빙을 통하여 결함을 외접 스크라이빙함으로써 또는 그것을 외접 스크라이빙함이 없이 직접 물질을 애블레이팅함으로써 상당히 감축될 수 있다. 예를 들어, 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 다른 형상의 주변이 단락 결함 주위에 애블레이팅되어 그리하여 그것을 기능하는 디바이스의 나머지로부터 전기적으로 격리시킨다. 외접 스크라이빙은 직경이 단지, 수십, 백, 또는 수백 마이크로미터까지일 수 있다. 외접 스크라이빙하고 그리하여 결함을 전기적으로 격리시킴으로써, 가시적 단락은 창문이 발색되고 창문의 다른 사이드 상에 충분한 빛이 있을 때 육안에는 단지 작은 라이트 포인트를 닮을 것이다. 외접 스크라이빙 없이, 직접 애블레이팅될 때, 전기적 단락 결함이 한 번 거주한 에어리어에는 EC 디바이스 물질이 남아있지 않다. 그보다는, 디바이스를 통해 홀이 있고, 홀의 베이스에는, 예를 들어, 부동 유리 또는 확산 장벽 또는 하위 투과적 전극 물질, 또는 그 혼합물이 있다. 이들 물질은 모두 투과적이므로, 빛은 디바이스 내 홀의 베이스를 통해 지나갈 수 있다. 외접 스크라이빙된 결함의 직경, 및 레이저 빔의 폭에 의존하여, 외접 스크라이빙된 핀홀은 또한 (외접 스크라이빙이 전형적으로, 반드시는 아니더라도, 가능한 작게 만들어지므로) 외접 스크라이빙 내 남아있는 감전발색 물질을 거의 또는 전혀 가지고 있지 않을 수 있다. 그러한 경감된 단락 결함은 발색된 디바이스에 대비하여 핀 라이트 포인트로서 분명히 드러나고, 그리하여 이들 라이트 포인트는 흔히 "핀홀"이라고 지칭된다. 외접 스크라이빙 또는 직접 애블레이션에 의한 전기적 단락의 격리는 헤일로를 훨씬 더 작은 시각적 결함으로 변환하도록 형성되는 의도적으로-만들어진 핀홀의 일례일 것이다. 핀홀은 또한 광학 디바이스 내 결함의 자연적 결과로서 생길 수 있다. 어느 경우에서든, 그것들은 가능하면 회피되어야 한다.
핀홀은 감전발색 디바이스의 하나 이상의 층이 빠지거나 손상되어 감전발색이 나타나지 않는 영역이다. 핀홀은 전기적 단락이 아니고, 위에서 설명된 바와 같이, 그것들은 디바이스 내 전기적 단락을 경감한 결과일 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 핀홀은 약 25 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터, 전형적으로는 약 50 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터의 결함 차수를 갖고, 그리하여 그것은 헤일로보다 시각적으로 분간하기가 훨씬 더 힘들다. 전형적으로, 헤일로의 경감으로부터 초래되는 핀홀의 가시적 인지를 감축하기 위하여, 누군가는 고의로-생성된 핀홀의 사이즈를 약 100 마이크로미터 또는 미만으로 한정할 것이다.
일부 경우에 있어서, 전기적 단락은 이온 전도층을 가로질러 그리고/또는 거기에 머물러, 카운터 전극층과 감전발색층 또는 그들 중 어느 하나와 연관된 투과적 전도층 사이 전자 경로를 야기하는 전도성 입자에 의해 생성된다. 결함은 또한 감전발색 스택이 제조되는 기판 상의 입자에 의해 야기될 수 있다. 그러한 입자가 입자에 의해 주어지는 스트레스에 기인하는 층간 박리를 야기할 때, 이것은 때로는 소위 "팝-오프"라고 한다. 다른 사례에 있어서, 층들은 기판에 적절히 들러붙지 않고 층간 박리되어, 디바이스 내 이온 및/또는 전기 전류의 흐름을 가로막는다. 이들 유형의 결함은 도 2 및 도 3a 내지 도 3d와 관련하여 아래에 더 상세히 설명된다. 층간 박리 또는 팝-오프 결함은 그것이 투과적 전도층 또는 연관된 EC 또는 CE층이 퇴적되기 전에 일어나면 단락의 결과에 이를 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 후속하여 퇴적된 투과적 전도층 또는 EC/CE층은 기저 투과적 전도층 또는 CE/EC층에 직접 접촉하여 직접적 전자 전도성 경로를 제공할 것이다. 결함 소스의 수개의 예가 아래 표에 제시된다. 아래 표는 여러 다른 유형의 가시적 및 비-가시적 결함의 결과에 이르는 메커니즘의 예를 제공하려는 의도이다. 이것은 총망라한 것은 아니다. EC 창문이 스택 내 결함에 어떻게 응답하는가에 영향을 미칠 수 있는 부가적 인자가 존재한다.
Figure pct00001
빈번하게는, 문제 있는 단락은 입자가 제1 감전발색층이 기판 상에 퇴적되기 전에, 그 동안, 또는 그 직후에 부분 제조된 디바이스에 접촉하고, 그 후 제2 투과적 전도성 층의 퇴적 직전, 그 동안 또는 그 후까지 자리에 남아있는 것들이라고 생각된다. 아래에 더 충분히 설명되는 바와 같이, 그러한 단락은 감전발색 퇴적 챔버 내 들어갈 때 기판에 부착된 입자, 또는 텅스텐 산화물의 층과 같은 캐소드형 감전발색층의 퇴적 동안 부착되게 되거나 또는 제1 감전발색층의 퇴적 직후에 그러나 어느 상당한 양의 다음 감전발색층이 퇴적되기 전에 부착되게 되는 입자의 결과일 수 있다. 설명되는 바와 같이, 기판은 기판이 퇴적 장치에 들어갈 때 거기에 투과적 전도성 층이 제공되어 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 문제 있는 단락은 또한 제2 감전발색층의 퇴적 동안 또는 그 후에 수행되는 리튬화와 같이 리튬화 동안 부분 제조된 디바이스에 접촉하는 입자에 의해 도입될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 가시적 단락의 경우에 결함은 디바이스가 단락의 중심으로부터의 거리에 따라 점차로 어두워지게 되도록 확산 경계를 갖는 (디바이스가 발색 상태에 있을 때) 라이트 중심 영역으로서 보일 것이다. 감전발색 디바이스의 에어리어에 집중된 (가시적 또는 비-가시적) 상당한 수의 전기적 단락이 있으면, 그것들은 일괄하여 디바이스의 광범위한 영역에 충격을 줄 수 있고 그로써 디바이스는 그러한 영역에서는 스위칭할 수 없다. 이것은 그러한 영역 내 EC와 CE층 사이 전위 차이가 이온 전도성 층을 가로질러 이온을 구동하는데 필요한 임계 레벨을 획득할 수 없기 때문이다. 누설 전류는 단락 유형 결함 이외의 소스로부터 초래될 수 있음을 이해하여야 한다. 그러한 다른 소스는 이온 전도층을 가로지르는 광범위한-기반 누설 및 스크라이빙 라인 결함 및 롤 오프 결함과 같은 에지 결함을 포함한다. 여기서 강조점은 감전발색 디바이스의 내부 영역 내 이온 전도층을 가로지르는 전기적 단락의 포인트에 의해서만 야기된 누설에 둔다. 이들 단락은 감전발색 판유리가 감전발색 창문에서의 사용에 허용가능하도록 최소화되어야 하는 가시적 결함을 야기한다. 관용적으로, 시각적 결함은 IGU로 판유리의 조립 이전에 식별 및 경감되거나 또는 건축 파사드 내 IGU의 조립 이전에 IGU에서 경감된다. 그렇지만, 이들은 비용이 들고 시간을 소비하는 절차이다.
도 2는 디바이스 내 국소형 결함을 야기하는 이온 전도층 내, 입자(205)를 갖는, 감전발색 디바이스(200)의 도식적 단면도이다. 이러한 예에서, 감전발색 디바이스(200)는 도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명된 것과 동일한 층을 포함한다. 전압 소스(116)는, 전도성 층(104, 112)으로의 적합한 접속부(예를 들어, 버스 바)를 통해, 위에서 설명된 것과 같이, 감전발색 스택(114)에 전위를 인가하도록 구성된다.
이러한 예에서, 이온 전도층(108)은 결함을 야기하는 전도성 입자(205) 또는 다른 아티팩트를 포함한다. 전도성 입자(205)는 감전발색층(106)과 카운터 전극층(110) 사이의 단락의 결과를 초래한다. 이러한 예에서, 입자(205)는 IC층(108)의 두께에 걸쳐 이어진다. 입자(205)는 물리적으로는 감전발색층(106)과 카운터 전극층(110) 사이의 이온의 흐름을 방해하고, 그리고 또한, 그 전기적 전도율에 기인하여, 전자가 층 사이 국소적으로 지나갈 수 있게 해서, 감전발색층(106) 내 투과적 영역(210) 및 카운터 전극층(110) 내 투과적 영역(220)의 결과를 초래한다. 투과적 영역(210)은 층(110, 106)의 나머지가 발색 상태에 있을 때 존재한다. 즉, 감전발색 디바이스(200)가 발색 상태에 있으면, 전도성 입자(205)는 감전발색 디바이스의 영역(210, 220)이 발색 상태에 들어갈 수 없게 만든다. 때로는 그러한 가시적 결함 영역은, 그들이 어두운 배경(발색 상태에 있는 디바이스의 나머지)에 대비하여 일련의 밝은 점(또는 별)으로서 보이기 때문에, "별자리" 또는 "헤일로"라고 지칭된다. 인간은 자연스럽게 그들 주의가 헤일로로 향하고 흔히 그것들이 산만하게 하는 것이거나 매력적이지 못한 것임을 알게 될 것이다. 여기에서 설명되는 실시예는 그러한 가시적 결함을 감축한다. 핀홀 결함은, 그것들이 대부분의 관찰자에 의해 육안으로는 거의 분간가능하지 않을 수 있으므로, 수리 가치가 있다고 여겨질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 가시적 단락 결함은 또한, 예를 들어, 감전발색 디바이스의 제조 동안 또는 그 후에 팝 오프하여, 그로써, 스택의 하나 이상의 층을 통해, 감전발색 스택 내 손상된 에어리어를 생성하는 입자에 의해 야기될 수 있다. 팝-오프 결함은 아래에 더 상세히 설명된다.
도 3a는 감전발색 스택의 나머지를 퇴적시키기 이전에 전도성 층(104) 상의 입자(305) 또는 다른 데브리스를 갖는 감전발색 디바이스(300)의 도식적 단면도이다. 감전발색 디바이스(300)는 감전발색 디바이스(100)와 동일한 컴포넌트를 포함한다. 입자(305)는, 묘사된 바와 같이 입자(305) 위에 순차적으로 퇴적되는 순응적 층(106-110)에 기인하여, 감전발색 스택(114) 내 층이 입자(305)의 영역에서 툭 튀어나오게 야기한다(이 예에 있어서, 전도성 층(112)은 아직 퇴적되지 않았다). 특정 이론에 의해 구속되기를 바라지는 않지만, 그러한 입자 위에 층 쌓기는, 층들의 비교적 박형 본성을 고려할 때, 툭 튀어나온 것이 형성되는 에어리어에서 스트레스를 야기할 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 층에서, 툭 튀어나온 영역의 주변 주위에, 층 내, 예를 들어, 격자 배열로 또는 더욱 매크로스코픽 레벨로 결함, 크랙 또는 보이드가 있을 수 있다. 이들 결함의 하나의 결과는, 예를 들어, 감전발색층(106)과 카운터 전극층(110) 사이 전기적 단락 및/또는 층(108) 내 이온 전도율의 손실일 수 있다. 입자 아래 롤 오프는 단락의 다른 전위 소스이다. 그렇지만, 이들 결함은 도 3a에 묘사되어 있지 않다.
도 3b를 참조하면, 입자(305)에 의해 야기된 결함의 또 다른 결과는 소위 "팝-오프"라고 한다. 이 예에서는, 전도성 층(112)의 퇴적 이전에, 입자(305)의 영역에서 전도성 층(104) 위 일부가 느슨하게 깨져, 그것과 감전발색층(106), 이온 전도층(108), 및 카운터 전극층(110)의 부분들을 실어나른다. "팝-오프"는 입자(305), 감전발색층(106)의 일부는 물론, 이온 전도층(108) 및 카운터 전극층(110)도 포함하는 조각(310)이다. 결과는 조각(310)이 층 쌓인 물질 스택으로부터 밖으로 팝핑될 때 남겨진 트렌치의 저부에서 전도성 층(104)의 노출된 에어리어이다. 소정 프로세스 작업은 팝-오프를 촉진하는 경향이 있다고 생각된다. 하나의 그러한 작업은 리튬 퇴적이다. 도 3c는 스택(300) 내 형성된 "대형" 포맷 입자(320)를 묘사하고 있다. 그러한 입자는 다수의 층(이 예에서는 감전발색층(106), 이온 전도층(108) 및 카운터 전극층(110))의 두께에 걸쳐 이어진다. 층(106, 108, 110)의 부분들이 입자(320)의 위에 형성되지만, 그것들은 효과적으로는 입자 자체의 일부분을 형성하여, 층(110)의 상부 위로 돌출한다. 일부 경우에 있어서, 입자(320)는 리튬화와 같은 입자 탈출 촉진 단계의 적용 없이 자연스럽게 팝 오프한다. 다른 경우에 있어서, 입자(320)는 입자를 제거하도록 고의로 적용된 입자 제거 단계의 사용에 의해 제거된다. 그러한 단계의 예는 아래에 설명되고 접촉 접착 기술, 정전 접근법, 및 열 또는 압력 처리는 물론, 리튬화도 포함하여, 2개 목적에 쓸모 있다.
일부 경우에 있어서, 단락 유형 결함은 입자(320)의 오버행 에어리어 밑에 생산된다. 그러한 결함은 차례로 후속하여 퇴적된 층의 롤-오프로부터 초래될 수 있다. 예를 들어, 제1 감전발색층(106)은 입자 오버행 아래 제한된 거리만 뻗어 있을 수 있는 한편, 이온 전도층(108)은 오버행 아래에서 조금 더 뻗어 있고, 카운터 전극(110)은 더 조금 더 뻗어 있고, 마지막으로, 제2 투과적 전도성 층은 훨씬 더 뻗어 있어서, 그 에지는 기저 제1 투과적 전도성 층에 접촉한다. 이러한 전도성 층 대 전도성 층 접촉은 단락-유형 결함을 산출한다. 단락은 입자(320)가 여태껏 팝 오프되어 있는지 아니면 축출되었는지에 무관하게 존재한다. 그러한 단락은 전형적으로는 결함을 격리시키고 작고 더 허용가능한 핀홀을 생성하도록 레이저로 외접 스크라이빙을 통하여 경감된다.
도 3d를 참조하고, 다시 도 3b를 참조하면, 팝-오프 후에 그리고 전도성 층(112)이 퇴적되고 나면, 전도성 층(112)이 전도성 층(104)과 접촉하게 되는 전기적 단락이 형성된다. 이러한 전기적 단락은, 도 2와 관련하여 위에서 설명된 단락에 의해 생성된 시각적 결함과 외관이 유사하게, 그것이 발색 상태에 있을 때 감전발색 디바이스(300) 내 투과적 영역을 남길 것이다.
기판, 이온 전도층, 및 카운터 전극층 상의 입자 또는 데브리스에 기인하는 팝-오프 결함은 또한 핀홀 결함을 야기할 수 있다. 또한, 오염 입자가 충분히 크고 팝-오프를 야기하지 않으면, 감전발색 디바이스가 소색 상태에 있을 때 가시적일 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3a-d와 관련하여 설명된 바와 같은 위 설명은 감전발색 디바이스 내 카운터 전극층과 감전발색층 사이에 끼워져 있는 구별되는 이온 전도 (전자 저항성) 층이 있음을 상정한다. 그 설명은 입자가 단락 관련 결함을 어떻게 생성할 수 있는가를 예시하려는 것뿐이다. 즉, 구별되는 전자 저항성 및 이온 전도층이 존재하지 않고, 그보다는 이온 전도성 층으로서 역할하는 계면 영역이 감전발색 및 카운터 전극층의 계면에 존재하는 감전발색 디바이스가 있다. 이러한 아키텍처를 갖는 감전발색 디바이스는 미국 특허 출원 제12/772,055호(출원일: 2010년 4월 30일), 제12/772,075호(출원일: 2010년 4월 30일), 6/11/2010자 제출 제12/814,277호(출원일: 2010년 6월 11일), 제12/814,279호(출원일: 2010년 6월 11일), 및 제13/166,537호(출원일: 2010년 6월 22일)에 설명되어 있으며, 발명이 명칭이 각각 "Electrochromic Devices"이고, 발명자가 각각 Wang 등이고, 각각 그 전체가 참고로 본 명세서에 편입되어 있다. 그리하여 입자는 역시 이들 디바이스에서 단락 결함을 야기할 수 있는데, 예를 들어, 거기서 입자는 감전발색과 카운터 전극층 사이 계면에 존재하고 그리고/또는 교차하고 그리고/또는 설명된 바와 같은 팝-오프 유형 결함을 생성한다. 그러한 디바이스는 또한, 관용적 디바이스에서와 같은 구별되는 IC층을 갖지 않음에도 불구하고, 여기에서 설명되는 다른 결함 유형에도 취약하다.
그리하여, 감전발색 창문에 관하여 3개 결함 유형이 주 관심사이다: (1) 가시적 핀홀, (2) 가시적 단락, 및 (3)비-가시적 단락. 가시적 핀홀은 적어도 약 100㎛의 결함 치수를 갖고, 창문이 발색될 때, 때로는 육안으로 가까스로 분간가능하지만, 정밀 조사 시에는 보일 수 있는 매우 작은 라이트 포인트로서 분명히 드러날 것이다. 전형적으로, 반드시는 아니더라도, 가시적 단락은 적어도 약 3 마이크로미터의 결함 치수를 가져서, 예를 들어, 언급된 바와 같이 때로는 "헤일로"라고 지칭되는 약 1㎝ 직경의 영역의 결과를 초래하고, 이 경우 감전발색 효과는 눈에 띄게 줄어든다. 이들 헤일로 영역은 육안에는 가시적 단락이 가시적 핀홀만을 닮도록 가시적 단락을 야기하는 결함을 격리시킴으로써 상당히 감축될 수 있다. 비-가시적 단락은, 디바이스의 전반적 누설 전류에 기여함으로써, 감전발색 디바이스의 스위칭 성능에 영향을 미치지만, 창문이 발색 상태에 있을 때 분간가능한 라이트 포인트 또는 헤일로를 생성하지는 않는다.
가시적 단락은 디바이스가 어두워질 때 헤일로를 산출한다. 헤일로는 감전발색 스택을 가로지르는 전기적 단락이 단락 주위 에어리어가 전류를 단락 내로 배출하게 야기하고 따라서 단락을 둘러싸는 에어리어는 어두워지지 않는 영역이다. 언급된 바와 같이, 이들 영역은 직경이 약 1㎝까지일 수 있고, 그리하여, 감전발색 창문을, 발색될 때, 관찰자에게 매력적이지 못하게 함으로써 문제를 제기할 수 있다. 이것은 발색 모드로 동작할 수 있는 창문을 갖는 목적을 좌절시킨다.
관용적으로 가시적 단락 결함은 감전발색 디바이스의 제조 후에, 그러나 여전히 생산 시설에 있는 동안, 예를 들어, 절연된 유리 유닛 내 설치 이전에, 경감된다. 예를 들어, 개개의 감전발색 판유리는 우선 일시적 버스 바를 인가하고 그 후 감전발색 디바이스를 발색함으로써 특징지어진다. 헤일로와 같은 시각적 결함은 식별되고 그 후 경감, 예를 들어, 레이저 외접 스크라이빙되어 그것들을 격리하고 헤일로 효과를 제거하여, 더 작은, 덜 분간할 수 있는, 핀홀 결함을 남긴다. 위에서 설명된 바와 같이, 관용적으로는, 적어도 2개의, 큰, 전용 장치가 시각적 결함의 식별 및 경감을 수행하도록 사용된다. 그렇지만, 결함은 감전발색 디바이스에서는, 예를 들어, 감전발색 디바이스 내 태생적 스트레스(예를 들어, 위를 참조) 및/또는 설치와 같은 정규 사용 동안 창문에 인가된 스트레스, 내부 및 외부 공간 사이 압력 차, 창문 판유리를 깨지 않는 충격 등에 기인하여 디바이스가 생산 시설을 떠난 후에 형성될 수 있다. 관용적으로, 차량 또는 건물 내 이미 설치된 감전발색 창문에 대하여, 그러한 결함을 경감하는 것은 행해지지 않을 것이고, 그보다는 현장에서는 유닛이 교체될 것이다. 이것은 매우 비용이 들 수 있다.
언급된 바와 같이, 여기에서의 방법 및 디바이스는 결함의 효과를 경감한다. 일 실시예에 있어서, 가시적 핀홀 결함의 수는 제곱 센티미터당 약 0.04보다 크지 않다. 다른 일 실시예에 있어서, 가시적 핀홀 결함의 수는 제곱 센티미터당 약 0.02보다 크지 않고, 더 구체적 실시예에 있어서, 그러한 결함의 수는 제곱 센티미터당 약 0.01보다 크지 않다. 일 실시예에 있어서, 가시적 단락-관련 결함의 수는 디바이스가 발색될 때 제곱 센티미터당 약 0.005보다 크지 않다. 다른 일 실시예에 있어서, 가시적 단락-관련 결함의 수는 디바이스가 발색될 때 제곱 센티미터당 약 0.003보다 크지 않고, 더 구체적 실시예에 있어서, 그러한 결함의 수는 제곱 센티미터당 약 0.001보다 크지 않다. 추가적 실시예에 있어서, 가시적 단락-관련 결함의 수는 디바이스가 발색될 때 제곱 센티미터당 약 0.0005보다 크지 않다. 일 실시예에 있어서, 가시적 단락-관련 결함을 격리시키는 것으로부터 생성된 가시적 결함, 핀홀 및 단락-관련 핀홀의 총 수는 제곱 센티미터당 약 0.1 결함 미만이고, 다른 일 실시예에서는 제곱 센티미터당 약 0.08 결함 미만이고, 다른 일 실시예에서는 제곱 센티미터당 약 0.05 결함 미만이고, 다른 일 실시예에서는 제곱 센티미터당 약 0.01 결함 미만이고, 다른 일 실시예에서는 제곱 센티미터당 약 0.045 결함 미만(창문의 제곱 미터당 약 450 결함 미만)이다. 일부 경우에 있어서, 가시적 단락-관련 결함을 격리시키는 것으로부터 생성된 가시적 결함, 핀홀 및 단락-관련 핀홀의 총 수는 제곱 센티미터당 약 0.005 결함 미만이다.
일부 실시예에 있어서, 비-가시적 전기적 단락 결함의 수는 ± 2V 바이어스에서 약 20㎂/㎠ 미만의 누설 전류의 결과를 초래한다. 이들 값은 감전발색 디바이스의 면 전체에 걸쳐 적용된다(즉, 나열된 값보다 큰 결함 밀도를 갖는 (디바이스 상의 어느 곳이든) 디바이스의 영역은 없다).
일부 실시예에 있어서, 감전발색 디바이스는 직경(결함의 가장 긴 횡 차수)이 약 1.6mm보다 큰 가시적 결함을 갖지 않는다. 다른 일 실시예에 있어서, 디바이스는 직경이 약 0.5mm보다 큰 가시적 결함을 갖지 않고, 다른 일 실시예에 있어서, 디바이스는 직경이 약 100㎛보다 큰 가시적 결함을 갖지 않는다.
결함-경감 절연층을 갖는 구조
다양한 개시된 실시예는 감전발색 디바이스 스택 내 부가적 층의 삽입에 관한 것이다. 이러한 부가적 층은 2개의 전도성 층 사이 절연층을 제공하는 일차적 역할을 하여, 그렇지 않았더라면, 입자가 제조 동안 디바이스 스택으로부터 탈출되거나 제조 프로세스를 통해 내내 표면 상에 남아있으면 회로를 단락시켜 롤 오프 단락에 이르렀을 것이다. 예를 들어, 입자가 제1 투과적 전도성 층 또는 감전발색 및 카운터 전극층 중 제1의 것의 제조 동안 도입되면, 입자는 제2 투과적 전도성 층의 퇴적 이전에 탈출될 수 있어, 단락 회로를 산출할 것이다. 위 테이블의 2줄 및 3줄을 보라.
일 구현에 있어서, 때로는 결함-경감 절연층이라고 지칭되는 저항성 층은 제1 투과적 전도성 층의 형성 후에 그리고 제2 투과적 전도성 층의 형성 전에 있는 디바이스 제조 프로세스 내 포인트에서 퇴적된다. 위 논의로부터 명백한 것인 바와 같이, 반대 극성의 2개의 투과적 전도성 층 사이 직접 접촉은 단락 회로를 생성한다. 유사하게, 투과적 전도성 층 중 하나와 그 접촉하는 전도성 층의 것과는 반대의 극성을 갖는 감전발색 또는 카운터 전극층 사이 직접 접촉은 단락 회로를 산출한다. 이들 유형의 단락 회로 중 어느 것이라도 회피하기 위해, 결함-경감 절연층은 상위 투과적 전도성 층의 것과 반대인 극성의 감전발색 또는 카운터 전극층 또는 하위 투과적 전도성 층을 노출시키는 입자 탈출 후에 형성된다. 절연층은 전형적으로는 제2 투과적 전도성 층의 형성 이전에 형성된다. 소정 실시예에 있어서, 절연층은 입자 탈출을 야기하는 성향을 갖는 작업의 실행 후 다음 작업인 프로세스 작업에서 퇴적된다. 일례에 있어서, 절연층은 감전발색 및 카운터 전극층 중 제1 퇴적된 층의 퇴적 직후에 퇴적된다. 예를 들어, 감전발색층이 카운터 전극층 이전에 퇴적되면, 감전발색층이 퇴적된 직후에 절연층이 퇴적된다. 그러한 경우에 있어서, 절연층은 관용적 이온 전도층이 아닌 물질로 만들어진다. 다른 일례에 있어서, 절연층은 감전발색 및 카운터 전극층 중 제1 퇴적된 층의 리튬화 직후에 퇴적된다. 다른 일례에 있어서, 절연층은 이온 전도층이 퇴적된 직후에 퇴적된다. 다른 일례에 있어서, 절연층은 감전발색 및 카운터 전극층 중 제2 퇴적된 층의 직후에 퇴적된다. 다른 일례에 있어서, 절연층은 감전발색 및 카운터 전극층 중 제2 퇴적된 층의 리튬화 직후에 퇴적된다.
도 4a는 제2 투과적 전도성 층(112)에 접촉하고 전도성 층(112)과 카운터 전극층(110) 사이에 배치된 결함-경감 절연층(411), IC층(108), 감전발색층(106)과 더불어 제1 투과적 전도성 층(104)도 갖는 감전발색 디바이스(401)의 일례를 도시하고 있다. 절연층(411)은 그리하여 제2 투과적 전도성 층이 제1 투과적 전도성 층에 단락되는 것뿐만 아니라 감전발색층(106)에 단락되는 것도 방지한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 층의 스택은 기판(102) 상에 형성된다. 디바이스는 결함-경감 절연층(411)이 그들 사이에 제공되는 것을 제외하였으면 도 3c의 예에서와 같이 단락되었을 제1 및 제2 투과적 전도성 층(104, 112)을 갖는다. 층(411)의 조성 및 다른 특징은 아래에 설명된다.
디바이스(401)의 다양한 특징부는 효과적으로는 도 3d에서의 디바이스(300)의 것들과 똑같음을 유념한다. 도 3d의 구성요소와 동일한 참조 숫자를 갖는 도 4a, 도 4b 및/또는 도 4c의 구성요소는 도 3d에서의 그들 상대와 본질적으로 동일한 구성요소라고 생각될 수 있다. (411)과 같은 절연층을 포함하는 구현은 도 4a에 묘사된 스택 구성을 채용할 필요는 없음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 다른 구현은 도시된 바와 같은 구별되는 이온 전도층(108)을 포함하지 않는다. 구별되는 이온 전도층의 사용에 대한 대안은, 참고로 앞서 편입된, 미국 특허 출원 제12/772,055호, 제12/814,279호 및 제13/462,725호에 설명되어 있다..
일부 구현에 있어서, 카운터 전극층(110)은 절연층(411)이 형성되기 직전에 리튬화된다. 도 4a의 구조를 형성하기 위한 제조 절차의 일례는 도 5b에 제시된다.
감전발색층(106)은, 금속 산화물을 포함하는 여러 다른 감전발색 물질 중 어느 하나 이상을 포함하고 있을 수 있다. 그러한 금속 산화물의 예는 텅스텐 산화물(WO3), 몰리브덴 산화물(MoO3), 니오븀 산화물(Nb2O5), 티타늄 산화물(TiO2), 구리 산화물(CuO), 이리듐 산화물(Ir2O3), 크롬 산화물(Cr2O3), 망간 산화물(Mn2O3), 바나듐 산화물(V2O5), 니켈 산화물(Ni2O3), 코발트 산화물(Co2O3) 등을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 금속 산화물은 리튬, 나트륨, 칼륨, 몰리브덴, 바나듐, 티타늄, 및/또는 다른 적합한 금속 또는 금속을 포함하는 화합물과 같은 하나 이상의 도판트로 도핑된다. 소정 실시예에서는 혼합된 산화물(예를 들어, WMo 산화물, WV 산화물)이 또한 사용된다.
일부 실시예에서는, 텅스텐 산화물 또는 도핑된 텅스텐 산화물이 감전발색층(106)에 사용된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 감전발색층은 실질적으로 WOx로 만들어지고, 여기서 "x"는 감전발색층에서 산소 대 텅스텐의 원자 비를 지칭하고, x는 약 2.7 내지 3.5 사이이다. 반-화학량론적 텅스텐 산화물만이 감전발색을 나타내 보인다고 시사되었다; 즉, 화학량론적 텅스텐 산화물 WO3은 감전발색을 나타낸 보이지 않는다. 더 구체적 실시예에 있어서, WOx는 3.0 미만이고, 적어도 약 2.7이 감전발색층에 사용된다. 다른 일 실시예에 있어서, 감전발색층은 WOx이고, 여기서 x는 약 2.7 내지 약 2.9 사이이다.
소정 실시예에 있어서, 텅스텐 산화물은 결정성이거나, 나노결정성이거나, 비결정성이다. 일부 실시예에 있어서, 텅스텐 산화물은 실질적으로는 나노결정성이며, 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 특징지어지는 바와 같이, 평균하여 약 5㎚ 내지 50㎚(또는 약 5㎚ 내지 20㎚)의 입도를 갖는다.
제1 감전발색층(106)의 두께는 감전발색층에 대해 선택된 감전발색 물질에 의존한다. 일부 실시예에 있어서, 감전발색층(106)은 약 50㎚ 내지 2,000㎚, 또는 약 200㎚ 내지 700㎚이다. 일부 실시예에 있어서, 감전발색층은 약 300㎚ 내지 500㎚이다. 감전발색층(106)의 두께는 또한 실질적으로 균일하다. 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 감전발색층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±10%만 달라진다. 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 감전발색층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±5%만 달라진다. 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 감전발색층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±3%만 달라진다.
도 4a에 도시되지는 않지만, 감전발색 및/또는 카운터 전극층은 2개의 부-층으로 퇴적될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 감전발색층은 2개의 부-층으로 나뉘는데, 하나는 공칭 산소 농도를 갖고 다른 하나는 산소-풍부 농도를 갖는다. 예를 들어, 투과적 전도성 층(104)에 더 가까운 부-층은 공칭 산소 농도를 갖는 텅스텐 산화물을 포함하고 있고 카운터 전극에 더 가까운 부-층은 더 산소 풍부한 형태의 텅스텐 산화물을 포함하고 있다. 그러한 감전발색층 설계는 참고로 앞서 편입된 미국 특허 출원 제12/814,279호에 설명되어 있다.
도 4a를 다시 참조하면, 감전발색 스택에서, 이온 전도층(108)은 제1 감전발색층(106) 위에 놓인다. 이온 전도층(108)의 위에는 카운터 전극층(110)이 있다. 카운터 전극층(110)은 제2 감전발색층으로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 카운터 전극층(110)은 무기물 및/또는 고체이다. 카운터 전극층은 감전발색 디바이스가 소색 상태에 있을 때 이온의 비축지로서 역할할 수 있는 여러 다른 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리하여, 카운터 전극층은 이온 축적 층으로서는 물론 상보적 발색 층으로서도 역할한다.
일부 실시예에 있어서, WO3에 상보적인 카운터 전극에 적합한 물질은 니켈 산화물(NiO), 니켈 텅스텐 산화물(NiWO), 니켈 바나듐 산화물, 니켈 크롬 산화물, 니켈 알루미늄 산화물, 니켈 망간 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 니켈 탄탈룸 산화물, 크롬 산화물(Cr2O3), 망간 산화물(MnO2), 프러시안 블루를 포함한다. 광학적 수동 카운터 전극은 세륨 티타늄 산화물(CeO2-TiO2), 세륨 지르코늄 산화물(CeO2-ZrO2), 니켈 산화물(NiO), 니켈-텅스텐 산화물(NiWO), 바나듐 산화물(V2O5), 및 산화물의 혼합(예를 들어, Ni2O3 및 WO3의 혼합)을 포함한다. 이들 산화물의 도핑된 포뮬레이션은 또한, 예를 들어, 탄탈룸 및 텅스텐을 포함하는 도판트와 사용될 수 있다. 카운터 전극층(110)은 감전발색 물질이 소색 상태에 있을 때 감전발색 물질 내 감전발색 현상을 산출하도록 사용되는 이온을 포함하고 있기 때문에, 카운터 전극은 바람직하게는 그것이 상당한 수량의 이들 이온을 유지하고 있을 때 중성색 및 높은 투과율을 갖는다.
일부 실시예에 있어서, 니켈-텅스텐 산화물(NiWO)은 카운터 전극층(제2 감전발색층)에서 사용된다. 소정 실시예에 있어서, 니켈-텅스텐 산화물 내 존재하는 니켈의 양은 니켈-텅스텐 산화물의 중량의 약 90%까지일 수 있다. 구체적 실시예에 있어서, 니켈-텅스텐 산화물 내 니켈 대 텅스텐의 질량 비는 약 4:6과 6:4(예를 들어, 약 1:1) 사이이다. 일 실시예에 있어서, NiWO는 약 15% (원자) Ni과 약 60% Ni 사이; 약 10% W와 약 40% W 사이; 그리고 약 30% O와 약 75% O 사이이다. 다른 일 실시예에 있어서, NiWO는 약 30% (원자) Ni과 약 45% Ni 사이; 약 10% W와 약 25% W 사이; 그리고 약 35% O와 약 50% O 사이이다. 일 실시예에 있어서, NiWO는 약 42% (원자) Ni, 약 14% W, 그리고 약 44% O이다.
카운터 전극 형태론은 결정성이거나, 나노결정성이거나, 비결정성이다. 일부 실시예에 있어서, 카운터 전극층이 니켈-텅스텐 산화물인 경우, 카운터 전극 물질은 비결정성 또는 실질적으로 비결정성이다. 실질적 비결정성 니켈-텅스텐 산화물 카운터 전극은 그들 결정성 상대에 비교하여, 어떤 조건 하에서는, 더 양호하게 수행한다고 알게 되었다. 니켈-텅스텐 산화물의 비결정성 상태는, 아래에 설명되는, 소정 처리 조건의 사용을 통해 획득될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 카운터 전극의 두께는 약 50㎚ 내지 650㎚이다. 일부 실시예에 있어서, 카운터 전극의 두께는 약 100㎚ 내지 약 400㎚이고, 바람직하게는 약 200㎚ 내지 300㎚ 범위에 있다. 카운터 전극층(110)의 두께는 또한 실질적으로 균일하다. 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 카운터 전극층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±10%만 달라진다. 다른 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 카운터 전극층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±5%만 달라진다. 다른 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 카운터 전극층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±3%만 달라진다.
감전발색층(106)과 카운터 전극층(110) 사이에는 이온 전도층(108)이 있다. 이온 전도층(108)은, 전해질의 방식으로, 이온이 통해 수송되는 매체로서 역할한다. 즉, 감전발색 디바이스가 소색 상태와 발색 상태 사이에 변환될 때, 이온이 이온 전도층을 통해 지나간다. 전형적으로, 이온 전도층(108)은 감전발색 및 카운터 전극층에 대해 관련 있는 이온에 고도로 전도성이지만, 정규 동작 동안에는 무시할만한 전자 전달이 일어나는 충분히 낮은 전자 전도율을 갖는다. 고도의 이온 전도율을 갖는 박형 이온 전도층은 고속 이온 전도 및 그리하여 고성능 감전발색 디바이스에 대한 고속 스위칭을 허용한다. 소정 실시예에 있어서, 이온 전도층(108)은 무기물 및/또는 고체이다. 비교적 적은 결함을 산출하는 방식으로 물질로부터 제조될 때, 이온 도체층은 고성능 디바이스를 생산하도록 초박형으로 만들어질 수 있다. 다양한 구현에 있어서, 이온 도체 물질은 약 10-6 지멘스/㎝ 또는 옴-1㎝-1 내지 약 10-9 지멘스/㎝ 또는 옴-1㎝-1의 이온 전도율 및 5x1010 내지 1014옴-㎝의 전자 저항률을 갖는다.
적합한 이온 전도층의 예는 규산염, 실리콘 산화물, 텅스텐 산화물, 탄탈룸 산화물, 니오븀 산화물 및 붕산염을 포함한다. 실리콘 산화물은 실리콘-알루미늄-산화물을 포함한다. 텅스텐 산화물은 텅스텐산염을 포함한다. 이들 물질은 리튬을 포함하는 여러 다른 도판트로 도핑될 수 있다. 리튬 도핑된 실리콘 산화물은 리튬 실리콘-알루미늄-산화물을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 이온 전도층은 규산염-기반 구조를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 리튬 이온 수송에 특히 적응된 적합한 이온 도체는, 국한되는 것은 아니지만, 리튬 규산염, 리튬 알루미늄 규산염, 리튬 알루미늄 붕산염, 리튬 알루미늄 불화물, 리튬 붕산염, 리튬 질화물, 리튬 지르코늄 규산염, 리튬 니오브산염, 리튬 텅스텐산염, 리튬 붕규산염, 리튬 포스포실리케이트, 및 다른 그러한 리튬-기반 세라믹 물질, 실리카, 또는 리튬 실리콘-산화물을 포함하는 실리콘 산화물을 포함한다. 그렇지만, 이온 전도층(108)에는 그것이 낮은 결함도로 제조될 수 있고 그것이 카운터 전극층(110) 내지 감전발색층(106) 사이 이온의 통행을 허용하면서 실질적으로 전자의 통행을 방지하면 어떠한 물질이라도 사용될 수 있다.
언급된 바와 같이, 다른 실시예는 도시된 바와 같은 구별되거나 퇴적된 이온 전도층(108)을 포함하지 않는다. 일부 경우에 있어서, 전이 영역 또는 계면 영역은 서로 직접 접촉하여 퇴적된 감전발색과 카운터 전극층 사이에 형성된다. 그러한 영역은 - 별개의 이온 전도 물질 층을 퇴적함이 없이 - 그 자리에 형성될 수 있고 위에서 설명된 바와 같은 관용적 이온 전도층의 소정 특성을 가질 수 있다.
소정 실시예에 있어서, 전도성 층(104, 112) 중 하나 또는 둘 다는 무기물 및/또는 고체이다. 전도성 층(104, 112)은, 전도성 산화물, 박형 금속 코팅, 전도성 금속 질화물 및 복합 도체를 포함하는, 여러 다른 물질로 만들어질 수 있다. 전형적으로, 전도성 층(104, 112)은 적어도 감전발색이 감전발색층에 의해 나타나 보이는 파장의 범위에서 투과적이다. 투과적 전도성 산화물은 금속 산화물 및 하나 이상의 금속으로 도핑된 금속 산화물을 포함한다. 그러한 금속 산화물 및 도핑된 금속 산화물의 예는 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물, 도핑된 인듐 산화물, 주석 산화물, 도핑된 주석 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 도핑된 아연 산화물, 루테늄 산화물, 도핑된 루테늄 산화물 등을 포함한다. 산화물은 흔히 이들 층에 사용되므로, 그것들은 때로는 "투과적 전도성 산화물"(TCO) 층이라고 지칭된다. 실질적으로 투과적인 박형 금속 코팅이 또한 사용될 수 있다. 그러한 박형 금속 코팅에 사용되는 금속의 예는 금, 백금, 실버, 알루미늄, 니켈 합금 등을 포함하는 전이 금속을 포함한다. 유리 공사 분야에 주지되어 있는, 은에 기반하는 박형 금속 코팅이 또한 사용된다. 일부 구성에 있어서 전도성인 질화물의 예는 티타늄 질화물, 탄탈룸 질화물, 티타늄 산화질화물, 및 탄탈룸 산화질화물을 포함한다. 전도성 층(104, 112)은 또한 복합 도체일 수 있다. 그러한 복합 도체는 기판의 면 중 하나에 고도의 전도성 세라믹 및 금속 와이어 또는 전도성 층 패턴을 놓고 그 후 도핑된 주석 산화물 또는 인듐 주석 산화물과 같은 투과적 전도성 물질로 오버-코팅함으로써 제조될 수 있다. 이상적으로, 그러한 와이어는 육안으로는 보이지 않게 충분히 박형(예를 들어, 약 100㎛ 또는 더 박형)이어야 한다
전도성 층의 기능은, 매우 적은 옴 전위 강하로, 스택의 내부 영역에 감전발색 스택의 표면 위에 전압 소스(116)에 의해 제공된 전기 전위를 분산시키는 것이다. 전기 전위는 전기 접속부를 통해 전도성 층으로 전도성 층에 전달된다. 일부 실시예에 있어서, 하나는 전도성 층(104)과 접촉하고 있고 하나는 전도성 층(112)과 접촉하고 있는 버스 바가 전압 소스(116)와 전도성 층(104, 112) 사이 전기 접속을 제공한다. 전도성 층(104, 112)은 또한 다른 관용적 수단으로 전압 소스(116)에 접속될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 전도성 층(104, 112)의 두께는 약 5㎚ 내지 약 10,000㎚이다. 일부 실시예에 있어서, 전도성 층(104, 112)의 두께는 약 10㎚ 내지 약 1,000㎚이다. 다른 실시예에 있어서, 전도성 층(104, 112)의 두께는 약 10㎚ 내지 약 500㎚이다. TEC GlassTM이 기판(102) 및 전도성 층(104)에 사용되는 일부 실시예에 있어서, 전도성 층은 약 400㎚ 두께이다. 인듐 주석 산화물이 전도성 층(112)에 사용되는 일부 실시예에 있어서, 전도성 층은 약 100㎚ 내지 400㎚(일 실시예에서는 280㎚) 두께이다. 더 일반적으로, 전도성 물질의 더 두꺼운 층은 그것들이 필요한 전기적 속성(예를 들어, 전도율) 및 광학 속성(예를 들어, 투과율)을 제공하는 한 채용될 수 있다. 일반적으로, 전도성 층(104, 112)은 투과도를 증가시키고 비용을 감축하도록 가능한 박형이다. 일부 실시예에 있어서, 전도성 층은 실질적으로 결정성이다. 일부 실시예에 있어서, 전도성 층은 큰 등축정의 고비율의 결정성이다.
각각의 전도성 층(104, 112)의 두께는 또한 실질적으로 균일하다. 감전발색 스택의 다른 층이 더 순응하도록 전도성 층(104)의 매끄러운 층(즉, 낮은 거칠기, Ra)이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 전도성 층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±10%이내만큼 달라진다. 다른 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 전도성 층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±5%이내만큼 달라진다. 다른 일 실시예에 있어서, 실질적으로 균일한 전도성 층은 전술한 두께 범위의 각각에서 약 ±2%이내만큼 달라진다.
전도성 층의 시트 저항(Rs)은 또한 층들에 의해 걸쳐 이어지는 비교적 큰 에어리어 때문에 중요할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전도성 층(104, 112)의 시트 저항은 제곱당 약 5 내지 30옴이다. 일부 실시예에 있어서, 전도성 층(104, 112)의 시트 저항은 제곱당 약 12옴이다. 일반적으로, 2개의 전도성 층의 각각의 시트 저항은 대략 동일한 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 2개의 층은 각각 제곱당 약 10-15옴의 시트 저항을 갖는다.
소정 실시예에 있어서, 카운터 전극층과 감전발색층 중 나중에 형성된 것은 리튬화 작업에 의해 분리된 2개의 작업으로 형성된다. 제1 부분이 퇴적되고 그 후 리튬화된 후에, 절연층(411)이 퇴적된다. 그 후 카운터 전극(또는 감전발색층)의 제2 부분이 퇴적된다. 도 4b는 입자 탈출로부터 초래되는 단락 회로에 대항하여 보호하도록 절연층을 채용하는 그러한 일 실시예를 묘사하고 있다. 이러한 실시예에 있어서, 감전발색 디바이스(403)는, 모두 위에서 설명된 바와 같이, 제1 투과적 전도성 층(104), 감전발색층(106), 선택사항인 이온 전도층(108), 카운터 전극층(110), 및 제2 투과적 전도성 층(112)을 갖는 스택을 포함한다. 부가적으로, 디바이스 스택은 카운터 전극층 내 배치된 결함-경감 절연층(411)을 포함한다. 결과로서, 카운터 전극층은, 층(411)에 의해 서로 분리되는, 내측 부분(110)과 외측 부분(110')으로 나뉜다. 대안의 실시예에 있어서, 감전발색층 및 카운터 전극층의 부분들은, 감전발색층이 절연층(411)에 의해 분할되고 제2 전도성 층(112)과 접촉하는 외측 부분(106')을 포함하도록, 역으로 된다. 전형적으로, 반드시는 아니더라도, 카운터 전극층의 2개의 부분(또는 카운터 전극층)은 조성적으로 그리고/또는 형태론적으로 비슷하다.
도 4c는 카운터 전극의 부분(413)이 절연층으로서 역할하는 일 실시예를 도시하고 있다. 부분(413)은 조성이 주 카운터 전극 부분(111)과 유사하지만, 그것이, 도 4c에 도시된 바와 같이, 투과적 전도성 층(104, 112) 사이의 유일한 층일 때 그들 사이의 단락을 방지할 수 있도록 그렇게 많이 더 절연적일 수 있다. 전형적으로, 그것은 적어도 부분(111)만큼 절연적이다. 일부 구현에 있어서, 부분(413)은 감전발색 속성을 갖지 않는 한편, 부분(111)은 갖는다.
일례로서, 부분(111, 413)은 둘 다 니켈 텅스텐 산화물 물질이지만, 부분(413)은 니켈 대 텅스텐의 비교적 더 낮은 비를 갖고 그리고/또는 여러 다른 조건 하에 퇴적된다. 다양한 실시예에 있어서, 카운터 전극층의 주 부분(111)이 퇴적되고 그 후 리튬화된다. 이후에, 카운터 전극층의 제2 부분(413)이 퇴적된다. 일부 구현에 있어서, 제1 부분(111)은 약 200 내지 500㎚ 또는 250 내지 350㎚(예를 들어, 약 280㎚)의 두께를 갖는다. 일부 구현에 있어서, 제2 부분(413)은 약 5 내지 30㎚ 또는 약 5 내지 20㎚(예를 들어, 약 10㎚)의 두께를 갖는다.
하나의 부분이 결함-경감 절연층으로서 역할하는 2개 부분 감전발색층의 여러 가능한 구현이 있다. 여러 구현에 있어서, 절연층으로서 역할하는 감전발색 물질은 전하 삽입(예를 들어, 리튬 이온 또는 수소 이온 삽입)으로 여전히 절연적이다. 여러 실시예에 있어서, 결함 경감 절연층은 이온 전도성이고 감전발색 디바이스가 광학 상태 사이를 사이클링함에 따라 이온을 수용 및 추방한다. 텅스텐 산화물은 소정 전하 상태에서 이온 전도성으로 되는 감전발색 물질의 일례이다. 구체적으로, 텅스텐 산화물은 리튬 이온의 농도 증가에 따라 더 이온 전도성으로 되어, 상당한 농도의 리튬 이온이 삽입될 때 크기 차수만큼 전도율이 증가한다. 이러한 이유로, 텅스텐 산화물은 효과적인 결함-경감 절연층 물질로서 역할할 수 없다. 대조적으로, 니켈 텅스텐 산화물은 리튬 이온이 삽입 및 추방될 때 여전히 이온 절연적이다. 그래서, 니켈 텅스텐 산화물은 도 4c의 맥락에서 논의되는 바와 같이 감전발색층 물질로서도 그리고 결함-경감 절연층으로서도 역할할 수 있다.
일부 구현에 있어서, 감전발색층 및 카운터 전극층은 퇴적 순서가 바뀔 수 있다. 일부 구현에 있어서, 예를 들어, 카운터 전극이 우선 퇴적되고 그 후 감전발색층이 부분들에 퇴적되며, 제1 부분은 제2 부분보다 더 전자 전도성이다. 리튬화 단계는 감전발색층의 2개의 부분의 퇴적 사이에 수행될 수 있다. 위에서 제시된 실시예에서와 같이, 이온 전도층은 일부 설계 스택에서는 없앨 수 있다.
일부 구현에 있어서, 제1 감전발색층(106)은 2개의 부-층으로 텅스텐 산화물을 포함하고 있으며, 각각은 실질적으로 WOx로 이루어진다. 투과적 전도성 층(104)과 접촉하는 부-층은 대략 2.7-2.8인 x의 값을 갖고 다른 부-층은 대략 2.85 내지 3.5인 x의 값을 갖는다. 카운터 전극층(110)은 약 50 내지 300㎚의 두께를 갖는 감전발색 니켈 텅스텐 산화물을 포함하고 있다. 절연층(413)은 또한 니켈 텅스텐 산화물을 포함하고 있지만 여기 다른 곳에서 논의되는 바와 같은 여러 다른 속성을 갖는다. 여기 설명되는 구현에 있어서, 그것은 약 5 내지 100㎚의 두께를 갖는다. 제2 투과적 전도성 산화물은 약 200 내지 450㎚의 두께를 갖는 인듐 주석 산화물일 수 있다. 디바이스는 감전발색층(106)과 카운터 전극층(111) 사이에 별개로 퇴적된 이온 전도층을 갖지 않는다.
일부 실시예에 있어서는, 2개의 별개의 결함-경감 절연층이 감전발색 디바이스에 제공된다. 일례에 있어서는, 절연층이 투과적 전도성 층 사이에 배치된다. 도 4d의 제1 및 제2 전도성 층(104, 112)을 보라. 일 실시예에 있어서, 제1 절연층은 제1 투과적 전도성 층(104)과 접촉하여 배치된다. 일 실시예에 있어서, 제2 절연층은 제2 투과적 전도성 층(112)과 접촉하여 배치된다. 도 4d의 실시예에 있어서, 제1 절연층(426)은 제1 투과적 전도성 층(104)과 접촉하여 배치되고 제2 절연층(431)은 제2 투과적 전도성 층(112)과 접촉하여 배치된다. 도 4d의 디바이스에 있어서, 감전발색층(층(106))과 카운터 전극층(층(110)) 사이에 배치된 IC층은 없다(예를 들어, IC층(108)은 없다). 묘사된 실시예에 있어서, 스택은 기판(102) 상에 제조된다. 그것은 기판(102)과 직접 또는 간접 접촉하고 있는 제1 전도성 층(104), 층(104)과 접촉하고 있는 제1 절연층(426), 층(426)과 접촉하고 있는 감전발색층(106), 층(106)과 접촉하고 있는 카운터 전극층(110), 층(110)과 접촉하고 있는 제2 절연층(431), 및 제2 투과적 전도성 층(112)(예를 들어, 인듐 주석 산화물)을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 제1 투과적 전도성 층(104)은 TEC와 같이 불화계 주석 산화물 층이다.
소정 실시예에 있어서, 제1 절연층(426)은 주석 산화물, 실리콘 산화물, 니켈 텅스텐 산화물, 세륨 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈룸 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 및/또는 티타늄 산화물이거나 포함하고 있다. 소정 실시예에 있어서, 제1 절연층(426)은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 또는 텅스텐 질화물과 같은 금속 질화물이거나 포함하고 있다. 일부 경우에 있어서, 제1 절연층은 티타늄 이산화물이거나 포함하고 있다. 탄화물, 산화질화물, 산화탄화물 유사물이 또한 사용될 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 제1 절연층(426)은 주석 산화물 층 또는 티타늄 산화물, 알루미나(알루미늄 산화물) 층, 또는 주석/티타늄 산화물 및 알루미나 둘 다를 포함하고 있는 층이거나 포함하고 있다. 일부 실시예에 있어서, 제1 절연층(426)은 내부에 보이드 또는 갭을 갖는 일차적 절연 물질의 층을 포함하고 있다. 이들 보이드 또는 갭을 점유하는 것은 알루미나 또는 폴리싱 화합물에서 찾아볼 수 있는 다른 물질과 같은 다른 절연 물질이다. 소정 실시예에 있어서, 제2 절연층(431)은 카운터 전극층(110)의 것과 유사하지만 더 큰 저항률을 주기 위해 조금 다른 조성을 갖는다.
일례에 있어서, 도 4d의 구조는 제1 절연층(426)으로서 티타늄 이산화물의 층 및 제2 절연층(431)으로서 비-전도성 니켈 텅스텐 산화물의 층을 포함한다. 결함 경감 절연층으로서 니켈 텅스텐 산화물의 적합한 예는 여기 다른 곳에서 설명된다.
일부 경우에 있어서는, 기판(102), 제1 투과적 전도성 층(104) 및 제1 절연층(426)을 포함하고 있는 유리가 제공된다. 그러한 제품은 TEC(불화계 주석 산화물) 층(104) 및 티타늄 이산화물 또는 주석 산화물을 층(426)으로서 포함할 수 있다. 그러한 제품의 예는 필킹턴(Pilkington)으로부터의 이클립스 어드밴티지(Eclipse Advantage)(상표명) 제품을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 결함-경감 절연층의 두께는 약 10-100㎚ 두께이거나, 약 15-50㎚ 두께이거나, 약 20-40㎚ 두께이다. 필킹턴(Pilkington)으로부터의 TQ 제품과 같은 고품질 전도성 층(및 선택사항으로서 결함-절연층)을 갖는 제품이 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 고품질 층은 다른 제품에 비해 비교적 적은 결함, 비교적 연속형 층, 및/또는 비교적 낮은 거칠기를 갖는다. 일 구현에 있어서, 결함-경감 절연층 및 투과적 전도성 층을 포함하고 있는 기판은 층(106)을 퇴적시키기 이전에, 폴리싱 없이, 있는 그대로 제공된다. 다른 구현에 있어서, 층(426)을 포함하는 기판은 감전발색 디바이스의 나머지를 제조하기 이전에 폴리싱된다.
소정 실시예에 있어서, 결함-경감층은 어떤 포인트로서 탈출될 수 있는 입자의 고착을 캡슐화하고 촉진하는 역할을 한다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 결함-경감층(461)은 입자(305)를 순응적으로 캡슐화한다. 소정 실시예에 있어서, 결함-경감층의 두께는 평균 결함-야기 입자의 사이즈의 실질적 비율이다. 예를 들어, 입자를 캡슐화하도록 역할하는 결함 경감층은 적어도 약 500㎚ 두께일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 캡슐화 층은 절연적일 필요는 없고, 그것이 인접하는 층의 속성에 그것에 매칭되게 하는 것이 바람직하다. 더욱, 캡슐화 층이 카운터 전극 및/또는 감전발색층 내부에 또는 그 사이에 있으면, 그때 캡슐화 층은 리튬 이온 수송을 허용하고 리튬 수송을 보상하도록 전기적 수송을 방지하지 않기에 충분히 낮은 전기 저항이어야 한다. 소정 실시예에 있어서, 감전발색층은 감전발색 또는 카운터 전극 물질로서 여기에서 식별된 물질이다.
도 4a 내지 도 4e의 설명은 디바이스 스택 내 존재하는 적어도 2개의 구별되는 층을 갖는 감전발색 디바이스와 관련이 있다. 소정 실시예에 있어서, 감전발색 디바이스는 감전발색 디바이스 스택의 기능을 제공하는 등급형 조성의 단일 층만을 포함하고 있다. 도 4f는 감전발색 디바이스(413)의 일부분인 하나의 그러한 등급형 엘리먼트(421)를 묘사하고 있다. 감전발색 엘리먼트(421)는 캐소드형 발색 감전발색 영역(417), 이온 전도층(418), 및 애노드형 발색 카운터 전극 또는 제2 감전발색 영역(419)을 갖는 단일 층 등급형 조성이다. 감전발색 엘리먼트(421)는 2개의 투과적 전도층 전극(104, 112) 사이에 끼워져 있다. 이러한 예에서 디바이스 제조는 기판(102) 상에 투과적 전도성 층(104)을 퇴적시키는 것, 투과적 전도성 층(104) 상에 감전발색 엘리먼트(421)를 퇴적시키는 것, 그 다음에 감전발색 엘리먼트(421) 상에 투과적 전도성(112)을 퇴적시키는 것을 포함할 수 있다. 그리하여, 감전발색 디바이스(413)는, 투과적 전도성 층(104, 112) 사이에 끼워져 있는 감전발색 엘리먼트(421)라는, 3개의 층만을 갖는다. 묘사된 실시예는 또한 제2 감전발색 영역(421)에 위치하는 결함-경감 절연 영역(451)을 포함한다. 영역(451)은 도 4a 내지 도 4c의 절연층(411, 413)과 동일한 목적을 제공한다. 조성적으로, 영역(451)은 층(411) 및/또는 층(413)과 유사하거나 똑같을 수 있다. 그것은 또한 엘리먼트(421)의 다른 영역의 조성과 유사한 등급형 조성을 가질 수 있다.
등급형 감전발색 엘리먼트는 층 사이의 갑작스런 물질 변화 및 연속하는 층 사이에 한정된 물질 혼합이 있는 구별되는 층이 아니라 연속하는 기능적 영역을 갖는 단일 층 감전발색 디바이스 스택으로서 보일 수 있다. 오히려, 감전발색 엘리먼트는 각각의 연속하는 기능적 영역 사이에 상당한 물질 혼합이 있는 연속하는 기능적 영역을 갖는다. 제조 상세를 포함하여, 조성적 등급형 다-기능적 감전발색 엘리먼트의 추가적 상세는 앞서 참고로 본 명세서에 편입된 미국 특허 출원 제13/462,725호에 제시되어 있다.
도 4a 내지 도 4e가 제1 투과적 전도성 층(104)과 직접 접촉하고 있는 기판(102)을 도시하고 있기는 하지만, 이것은 그럴 필요는 없다. 여기에서 설명된 구현 중 어느 하나에 있어서, 이들 층은 직접 또는 간접 접촉하고 있을 수 있다. 일부 경우에 있어서는, 유리 기판(102)과 제1 전도성 층(104) 사이에 끼인 코팅 또는 층을 갖는 유리 기판이 제공된다. 그러한 코팅은 열 속성, 투과율, 확산 차단, 또는 다른 광학 속성을 개선하고, 저항성 가열을 제공하는 등의 목적으로 포함될 수 있다. 일례에 있어서, 적어도 2개의 층이 기판(102)과 층(104) 사이에 끼어있다. 그러한 물질의 예는 실리콘 산화물 및 주석 산화물을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 기판은 주 유리 기판의 위에 주석 산화물 층, 주석 산화물 층의 위에 실리콘 산화물 층, 및 실리콘 산화물 층의 위에 불화계 주석 산화물 층을 포함한다.
도 4a 내지 도 4e에 예시된 바와 같이, 결함-경감 절연층(들)은 다양한 위치에서 감전발색 디바이스 스택 내 포함될 수 있다. 여러 디바이스 스택 예가 아래에 제시된다. 각각은 EC층이 선택사항으로서는 텅스텐 산화물(또는 그 변종)이고 CE층이 니켈 텅스텐 산화물(또는 그 변종)인 다음의 베이스 스택 상에서의 변형이다.
베이스 디바이스 스택
제1 TC층
감전발색층
이온 전도층(선택사항)
카운터 전극층
제2 TC층
이온 전도층이 존재하지 않는 스택
선택사항 A
제1 TC층
절연층
EC층
CE층
제2 TC층
선택사항 B
제1 TC층
EC층
절연층
CE층
제2 TC층
선택사항 C
제1 TC층
EC층
CE층
절연층
제2 TC층
선택사항 D
제1 TC층
EC층
부분 CE층
절연층
CE층의 나머지
제2 TC층
선택사항 E
제1 TC층
EC층
부분 CE층(감전발색)
CE층의 나머지(비-감전발색)
제2 TC층
선택사항 F
제1 TC층
제1 절연층
EC층
제2 절연층
CE층
제2 TC층
선택사항 G
제1 TC층
제1 절연층
EC층
CE층
제2 절연층
제2 TC층
선택사항 H
제1 TC층
제1 절연층
EC층
부분 CE층
제2 절연층
CE층의 나머지
제2 TC층
선택사항 I
제1 TC층
절연층
EC층
부분 CE층(감전발색)
CE층의 나머지(비-감전발색)
제2 TC층
이온 전도가 존재하지 않는 스택
선택사항 A
제1 TC층
절연층
EC층
IC층
CE층
제2 TC층
선택사항 B
제1 TC층
EC층
절연층
IC층
CE층
제2 TC층
선택사항 C
제1 TC층
EC층
IC층
절연층
CE층
제2 TC층
선택사항 D
제1 TC층
EC층
부분 IC층
절연층
IC층의 나머지
CE층
제2 TC층
선택사항 E
제1 TC층
EC층
IC층
부분 CE층
절연층
CE층의 나머지
제2 TC층
선택사항 F
제1 TC층
EC층
IC층
부분 CE층(감전발색)
CE층의 나머지(비-감전발색)
제2 TC층
선택사항 G
제1 TC층
절연층
EC층
절연층
IC층
CE층
제2 TC층
선택사항 H
제1 TC층
절연층
EC층
IC층
절연층
CE층
제2 TC층
선택사항 I
제1 TC층
절연층
EC층
부분 IC층
절연층
IC층의 나머지
CE층
제2 TC층
선택사항 J
제1 TC층
절연층
EC층
IC층
부분 CE층
절연층
CE층의 나머지
제2 TC층
선택사항 K
제1 TC층
절연층
EC층
IC층
부분 CE층(감전발색)
CE층의 나머지(비-감전발색)
제2 TC층
위 선택사항의 각각이 제1 투과적 전도성 층에 더 가까이 배치된 감전발색층 및 제2 투과적 전도성 층에 더 가까이 배치된 카운터 전극층을 보여주고 있기는 하지만, 순서는 선택사항 중 어디에서라도 역으로 될 수 잇다.
도 4g는 기판 상에 배치된 제1 투과적 전도성 층(TCO)(481), TCO(481)의 위에 배치된 감전발색층(483), 감전발색층 상에 배치된 선택사항인 이온 도체층(485), 이온 도체층 상에 배치된 카운터 전극층(487), 및 제2 투과적 도체층(TCO)(489)을 갖는 감전발색 디바이스의 스캐닝 전자 마이크로그래프이다. 도 4g는 도 4h 내지 도 4o에 예시된 바와 같은 하나 이상의 결함-경감 절연층의 다양한 위치를 보여주기 위한 베이스라인 구조로서 제시된다. 도 4h 내지 도 4k는 단일 결함-경감 절연층만을 포함하고 있는 디바이스를 도시하고 있고 도 4l 내지 도 4o는 2개의 결함-경감 절연층을 포함하고 있는 디바이스를 도시하고 있다.
도 4h는 제1 투과적 전도성 층(481)과 감전발색층(483) 사이의 위치에 있는 결함-경감 절연층을 도시하고 있다. 도 4i는 감전발색층(483) 내 중간 위치에 있는 결함-경감 절연층을 도시하고 있다. 도 4j는 카운터 전극층(487) 내 중간 위치에 있는 결함-경감 절연층을 도시하고 있다. 도 4k는 제2 투과적 전도성 층(489)과 카운터 전극층(487) 사이의 위치에 있는 결함-경감 절연층을 도시하고 있다.
도 4l는 제1 투과적 전도성 층(481)과 감전발색층(483) 사이의 위치에 있는 제1 결함-경감 절연층, 및 카운터 전극층(487) 내 중간 위치에 있는 제2 결함-경감 절연층을 갖는 디바이스를 도시하고 있다. 도 4m는 제1 투과적 전도성 층(481)과 감전발색층(483) 사이의 위치에 있는 제1 결함-경감 절연층, 및 제2 투과적 전도성 층(489)과 카운터 전극층(487) 사이의 위치에 있는 제2 결함-경감 절연층을 갖는 디바이스를 도시하고 있다. 도 4n은 감전발색층(483) 내 중간 위치에 있는 제1 결함-경감 절연층, 및 카운터 전극층(487) 내 중간 위치에 있는 제2 결함-경감 절연층을 갖는 디바이스를 도시하고 있다. 도 4o는 감전발색층(483) 내 중간 위치에 있는 제1 결함-경감 절연층, 및 제2 투과적 전도성 층(489)과 카운터 전극층(487) 사이의 위치에 있는 제2 결함-경감 절연층을 갖는 디바이스를 도시하고 있다.
프로세스 흐름 예
설명된 바와 같이, 절연층은 제1 투과적 전도성 층과 제2 투과적 전도성 층의 형성 사이의 디바이스 제조 프로세스 내의 임의의 포인트에서 퇴적된다. 소정 실시예에 있어서, 절연층은 입자 탈출을 산출할 상당한 가능성을 갖는 프로세스 단계의 실행 후에 다음 층으로서 퇴적된다. 입자를 탈출할 것 같은 프로세스 단계의 일례는 디바이스 스택 내에 리튬 금속의 도입이다. 아래에 논의되는 바와 같이, 다른 프로세스 단계가 유사하게 탈출을 촉발시킬 수 있다.
디바이스 제조 프로세스(501)는 도 5a에 묘사되어 있고 절연 보호 층을 퇴적시키는 하나 이상의 작업을 포함하도록 수정될 수 있는 베이스라인 프로세스를 표현한다. 프로세스(501)는 처리 시설 또는 전-처리 장치가 기판을 수용하는 작업(503)으로 시작한다. 설명된 바와 같이, 기판은 창문, 거울 등일 수 있다. 일부 구현에 있어서, 기판 벤더에 의해 제공된 기판은 미리-형성된 투과적 전도성 산화물 층을 포함하고 있다. 다른 구현에 있어서, 기판은 투과적 전도성 산화물 층 없이 제공되고, 그러한 경우에 있어서, 디바이스 제조 프로세스는 기판 상에 투과적 전도성 층을 형성하는 별개의 작업을 포함한다.
프로세스 흐름(501)으로 계속하면, 작업(505)은 디바이스 제조를 위해 기판을 세척하거나 아니면 준비하는 것을 관여시킨다. 이러한 준비는 유리를 사이즈로 절단하는 것, 유리의 에지 또는 다른 부분을 그라인딩하는 것, 그것을 세척하는 것, 그것을 템퍼링하는 것, 그것을 또다시 세척하는 것 등과 같은 작업을 포함할 수 있다. 일부 구현에 있어서, 준비 작업은 우선 최종 프로세스를 위한 사이즈로 유리 기판을 절단하고, 그 후 유리의 에지를 그라인딩하고, 그 다음에 템퍼링 또는 다른 강화 작업을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 기판은 템퍼링 전에 그리고/또는 후에 세척된다. 절단, 그라인딩 및 유사한 작업은 2012년 4월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/456,056호에 설명되어 있으며, 참고로 그 전문이 본 명세서에 편입된다. 감전발색 디바이스의 제조 자체는 전-처리 작업(505)이 완료된 후에 시작된다. 소정 실시예에 있어서, 디바이스 제조 작업 중 일부 또는 전부는 진공 또는 다른 제어된 환경 조건 하에서 수행된다. 예를 들어, 인 라인 제조 프로세스는, 특정 프로세스 작업과 각각 연관되고 진공 시스템 또는 다른 압력 제어 시스템과 각각 통합된, 일련의 상호연결된 챔버 또는 스테이션을 통해 기판을 통과시키는 것을 관여시킬 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 통합형 퇴적 시스템은 건축용 유리 또는 다른 기판을 복수의 퇴적 스테이션에 있는 동안 수직 배향으로 유지하고 있도록 동작가능한 기판 홀더 및 수송 메커니즘을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 통합형 퇴적 시스템은 기판을 외부 환경과 통합형 퇴적 시스템 간에 기판을 건네주기 위한 하나 이상의 부하 로크를 포함한다. 다른 일 실시예에 있어서, 복수의 퇴적 스테이션은 감전발색층, 이온 전도층, 결함-경감 절연층, 및 카운터 전극층 중 어느 하나 이상을 퇴적시키기 위한 하나 이상의 스테이션을 포함한다. 스퍼터링 또는 다른 물리적 증착 시스템은 감전발색 디바이스를 구성하는 개개의 층 중 어느 하나 이상을 퇴적시키도록 사용될 수 있다. 스퍼터링 시스템은 또한 디바이스 상에 리튬을 퇴적시키는데 사용될 수 있다.
여러 유형의 장치는 여기에 개시된 실시예에 따라 감전발색 물질 및 감전발색 디바이스를 퇴적시키도록 채용될 수 있다. 빈번하게는 하나 이상의 컨트롤러가 제조 프로세스를 제어하도록 장치에서 채용된다. 당업자는 여기에서 개시된 프로세스가 하나 이상의 컴퓨터 시스템 및/또는 컨트롤러를 통해 전송되거나 거기에 저장된 데이터를 관여시키는 다양한 프로세스를 채용할 수 있음을 인식할 것이다. 소정 실시예는 이들 작업을 수행하기 위한, 연관된 컴퓨터 및 마이크로컨트롤러를 포함하는, 장치에 관한 것이다. 제어 장치는 요구되는 목적을 위해 특수 구성될 수도 있고, 그것은 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램 및/또는 데이터 구조에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성된 범용 컴퓨터일 수 있다. 여기에서 제시된 프로세스는 어느 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에도 태생적으로 관련되지는 않는다. 다양한 실시예에 있어서, 컨트롤러는 처리 단계의 타이밍 및 순서, 여기에서 설명되는 바와 같은 처리 조건 등을 제어하기 위한 명령어 세트를 포함하는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.
소정 실시예에 있어서, 컨트롤러는 감전발색 스택의 층을 퇴적시키기 위해 기판이 일련의 퇴적 스테이션을 통하게 지시하기 위한 명령어를 포함하고 있거나 실행한다. 컨트롤러는, 그 중에서도, 기판 이송의 레이트 및 방향, 어느 스테이션에서의 스퍼터링 조건(예를 들어, 압력, 온도, 스퍼터링 전력, 및 가스 흐름 레이트), 및 기판의 전- 및 후-처리를 특정할 수 있다. 컨트롤러는 퇴적 이전에 기판을 폴리싱 및 아니면 전처리하기 위한 특정 명령어를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 열 또는 화학 컨디셔닝과 같은 기판 후-처리를 위한 특정 명령어를 포함할 수 있다. 컨트롤러와 연관된 메모리 디바이스 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램, 스크립트, 또는 루틴이 일부 실시예에서는 채용될 수 있다.
감전발색 디바이스를 제조하기 위한 장치의 예는 이하의 미국 특허 출원에 설명되어 있으며, 각각은 참고로 그 전문이 본 명세서에 편입된다: 제12/645,111호, 제12/645,159호, 제13/462,725호, 및 제12/814,279호.
전-처리(505) 후에 제공된 기판이 거기에 투과적 전도성 물질의 박층을 포함하지 않으면, 디바이스 제조는 그러한 층을 형성함으로써 시작된다. 제공된 대로의 기판이 그러한 층을 포함하면, 그 작업을 수행할 필요는 없을 수 있다. 투과적 전도성 물질이 어떻게 형성되는지에 무관하게, 작업(507)에서 제1 감전발색층이 거기에 퇴적된다. 소정 실시예에 있어서, 제1 감전발색층은 캐소드형 감전발색 물질을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 그것은 애노드형 감전발색 물질을 포함한다.
일부 경우에 있어서, 기판은 제1 감전발색 물질의 퇴적 이전에 가열된다. 제1 감전발색 물질 층은 전형적으로는 진공 또는 다른 제어된 압력 하에 물리적 또는 화학적 증착을 관여시키는 프로세스에 의해 퇴적된다. 전형적 실시예에 있어서, 프로세스는 감전발색층에 포함되는 원소를 포함하고 있는 표적을 스퍼터링하는 것을 관여시킨다. 그렇지만, 대안의 실시예에 있어서, 감전발색층은 용액 상 반응에 의해서와 같이 주변 압력 하에서 퇴적된다.
일 구현에 있어서, 제1 감전발색층은, 하나는 제1 화학량론 내 베이스 물질의 부-층을 제공하고 제2의 것은 제2 화학량론 내 베이스 물질의 다른 부-층을 제공하는, 2개의 작업에서 퇴적된 캐소드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있다. 일례로서, 캐소드형 발색 감전발색 물질은 WOx의 공칭 조성을 갖는 텅스텐 산화물이다. 제1 퇴적된 부-층은 x의 값이 약 2.7 내지 2.8인 텅스텐 산화물의 조성을 가질 수 있고 제2 퇴적된 부-층은 x가 약 2.85 내지 3.5인 텅스텐 산화물의 조성을 가질 수 있다. 일례에 있어서는, 제1 부-층이 더 두겁다; 그것은 약 400㎚의 두께를 갖고 제2 부-층은 약 100㎚의 두께를 갖는다.
제1 감전발색층이 퇴적된 후에, 부분 제조된 디바이스는 선택사항으로서는 프로세스 블록(509)에서 나타낸 바와 같이 리튬화된다. 리튬화 작업은 제1 감전발색층 내 리튬 금속 또는 리튬 이온의 전달을 관여시킨다. 리튬은 스퍼터링 또는 다른 적합한 프로세스에 의해 제공될 수 있다. 리튬 퇴적의 소정 태양 및 리튬 퇴적 프로세스에서 사용되는 표적은 2012년 4월 20일자로 출원된 국제 출원 제PCT/US2012/034556호(미국을 지정함) 및 2012년 6월 14일자로 출원된 국제 출원 제PCT/US2012/042514호(미국을 지정함)에 설명되어 있으며, 그 둘 다는 참고로 그들의 전문이 본 명세서에 편입된다.
디바이스 제조 프로세스(501)에서 다음 작업은 제2 감전발색층(일반적으로 위에서 설명된 카운터 전극층의 일례)을 퇴적시키는 것을 관여시킨다. 블록(511)을 보라. 제1 감전발색층의 퇴적에 대해서와 같이, 이러한 퇴적 프로세스는, 예를 들어, 물리적 또는 화학적 증착을 사용하여 성취될 수 있다. 제1 감전발색층이 캐소드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있으면, 그때 제2 감전발색층은 애노드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있을 수 있다. 그 반대도 참이다. 제1 감전발색층이 애노드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있으면, 그때 제2 감전발색층은 캐소드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있을 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 제2 감전발색층은 니켈 산화물 또는 니켈 도핑된 텅스텐 산화물(때로는 NiWO라고 지칭됨)과 같은 애노드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 있다. 일부 예에 있어서, 니켈 텅스텐 산화물이 제2 감전발색층으로서 역할하는 경우, 그것은 약 200 내지 300㎚의 두께로 형성된다. 일부 경우에 있어서는, 하나의 감전발색층만이 사용된다. 이온은, 비-감전발색 카운터 전극으로 그리고 그로부터, 단일 감전발색층의 밖으로 그리고 그 안으로 오간다.
도 5a의 예에 있어서는, 제1 감전발색층과 제2 감전발색층 사이에 이온 전도층이 별개로 퇴적되지 않는다. 대안의 실시예에 있어서, 이온 전도층은 이들 층 사이에 퇴적된다. 적합한 이온 전도층의 예는 도 4a의 설명에서 위에 제시된 것들을 포함한다.
제2 감전발색층이 퇴적된 후에, 제1 및 제2 감전발색층을 포함하는 디바이스는 작업(513)에서 나타낸 바와 같이 리튬화된다. 리튬화는 작업(509)의 맥락에서 설명된 바와 같이 성취될 수 있다. 언급된 바와 같이, 리튬화 작업은 부분 제조된 감전발색 디바이스 스택 내 이전에 박힌 입자의 탈출을 촉진할 수 있다. 도 5a의 프로세스 흐름에서 묘사되고 있지는 않지만, 입자의 탈출을 촉진하는 단계 중 어느 것 후에 절연 보호 층이 퇴적될 수 있다. 그래서, 소정 실시예에 있어서, 보호 절연층의 퇴적은 리튬화 작업(509) 또는 리튬화 작업(513) 후에 수행될 수 있다.
도 5a에 묘사된 프로세스 흐름으로 돌아가면, (513)에서 디바이스의 리튬화 후에, 다음 프로세스 작업은 작업(515)에 묘사된 바와 같이 제2 투과적 전도성 산화물 층을 퇴적시킨다. 이러한 포인트에서, 기본 감전발색 디바이스에 필요로 되는 모든 구조가 생성되었다. 일부 실시예에 있어서는 프로세스를 완료하기 위해 퇴적된 대로의 디바이스의 후속적 후처리가 있다. 블록(517)을 보라. 적합한 후-처리의 예는 열 및/또는 화학 컨디셔닝 작업을 포함한다. 그러한 작업은, 앞서 참고로 본 명세서에 편입된, 미국 특허 제12/645,111호에 설명되어 있다.
도 5b 내지 도 5e는 도 5a에 묘사된 베이스라인 프로세스 상의 변형을 제시하고 있다. 각각의 경우에 있어서, 도 5a로부터의 기본 프로세스 흐름이 묘사되고 있지만, 프로세스 내 특정 위치에서 절연층을 퇴적시키기 위한 부가적 또는 다른 단계를 갖는다. 예를 들어, 도 5b에서의 작업(521) 및 도 5c에서의 작업(523)을 보라. 도 5b에 있어서, 절연층은 리튬화 작업(513) 후에 그리고 제2 투과적 전도성 층의 퇴적(작업(515)) 전에 퇴적된다. 도 5c에 있어서, 절연층은 리튬화 작업(509)과 제2 감전발색층의 퇴적(작업(511)) 사이에 퇴적된다. 다양한 실시예에 있어서, 제1 리튬화 및 절연층의 퇴적은 제1 감전발색층의 완료 이전에 수행된다. 이들 퇴적 작업 둘 다는 리튬화 작업 직후에 일어난다. 설명된 바와 같이, 프로세스는 이러한 순서로 한정되지는 않는다. 입자 탈출을 촉진할 수 있는 다른 작업이 또한 절연층의 퇴적을 트리거링할 수 있다. 또한, 절연층은 입자를 산출할 것 같거나 아니면 입자가 기판 표면에 부착되게 할 것 같은 단계 후에 바로(또는 곧) 퇴적될 수 있다. 그러한 설계에 있어서, 결함-경감층은 그러한 입자를 캡슐화하는 역할을 할 수 있다.
일부 경우에 있어서, 절연층은 제2 감전발색층을 퇴적시키기 위한 2개의 작업 사이의 중간에 퇴적된다. 결과적 디바이스는 예를 들어 도 4b에 묘사된 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 일부 경우에 있어서, 리튬화 단계는 제2 감전발색층의 제1 부분이 퇴적된 후에 그리고 절연층 및 제2 감전발색층의 제2 부분이 퇴적되기 전에 수행된다. 다른 실시예에 있어서, 제1 감전발색층은 2개의 부분으로 나뉘며, 절연층은 2개의 부분 사이에 끼어 있다.
다른 실시예에 있어서, 제2(또는 제1) 감전발색층은 2개의 부분으로 퇴적되며, 제2 부분은 결함-경감 절연층으로서 역할한다. 그러한 프로세스로부터 초래되는 구조의 일례는 도 4c 및 연관된 설명에 묘사되어 있다. 일부 경우에 있어서, 리튬화 작업은 감전발색층의 제1 부분의 퇴적 후에 그러나 층의 제2 부분의 퇴적 전에 수행된다.
도 4c의 것들과 같은 일부 구현에 있어서, 절연층은 실제로는 연관된 감전발색층의 물질의 것과는 조금만 달라지는 조성을 갖는 물질을 포함하고 있다. 일례로서, 감전발색층의 제2 부분은 절연 물질, 또는 적어도 감전발색층의 제1 부분만큼 적어도 절연적인 물질을 포함하고 있다. 일부 경우에 있어서, 층의 제1 부분은 감전발색 속성을 갖고 층의 제2 부분은 감전발색 속성을 갖지 않는다. 그러한 실시예는 다수의 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 절연층은 그것이 퇴적되어 놓이는 물질과 매우 양립가능할 것이다. 이것은 물질이 화학적으로 매우 유사하기 때문이다.
일부 실시예에 있어서, 제2 감전발색층은 니켈 텅스텐 산화물이고 절연층도 니켈 텅스텐 산화물이다. 그렇지만, 절연층 및 제2 감전발색층의 주 부분은 여러 다른 프로세스 조건 하에서 퇴적된다. 예를 들어, 양 층이 니켈 및 텅스텐 표적으로부터의 스퍼터링을 채용하는 물리적 증착 기술에 의해 퇴적될 수 있기는 하지만, PVD 조건은 다르다. 일부 경우에 있어서, 절연층은 감전발색 니켈 텅스텐 산화물 층보다 더 낮은 산소 농도로 그리고/또는 더 낮은 압력으로 퇴적된다. 일부 경우에 있어서, 절연층의 제2 부분은 제2 감전발색층보다 더 낮은 전력에서 퇴적된다. 더욱, 니켈 대 텅스텐의 원자 비는 절연층에서 더 낮을 수 있다. 다른 경우에 있어서, 니켈 및 텅스텐의 원자 비는 층의 양 부분에서 동일하다.
일부 예에 있어서, 니켈 텅스텐 산화물 감전발색층(NiWO1) 및 절연층(NiWO2)에 대한 퇴적 조건의 범위는 다음과 같다:
NiWO1
1 mTorr < 압력 < 50 mTorr
60% < O2% < 100%(볼륨 또는 몰)
0C < 퇴적 온도 < 150C
NiWO2
1 mTorr < 압력 < 50 mTorr
40% < O2% < 70%
25C < 퇴적 온도 < 200C
다른 예에 있어서, NiWO1 및 NiWO2의 각각을 형성하는데 사용된 프로세스 조건은 다음과 같다:
NiWO1
5 mTorr < 압력 < 15 mTorr(또는 7-12 mTorr)
70% < O2% < 90%(볼륨)(또는 70-80%)
20C < 퇴적 온도 < 60C
NiWO2
1 mTorr < 압력 < 10 mTorr(또는 3-7 mTorr)
40% < O2% < 60%(또는 45-55%)
25C < 퇴적 온도 < 60C
도 5d는 2개의 별개 결함-경감 절연층을 채용하는 일 실시예에 대한 순서도를 제시하고 있다. 프로세스는 작업(531)에서 시작되며, 거기에서는 제1 투과적 전도층을 갖는 기판이 수용된다. 소정 실시예에 있어서, 투과적 전도층은 선택사항으로서는 TiO2의 절연층에 의해 덮이는 불화계 주석 산화물 층이다. 그러한 속성을 갖는 유리 기판은 예를 들어 브랜드명 이클립스 어드밴티지(Eclipse Advantage)(상표명) 하에 영국 세인트 헬렌즈의 필킹턴(Pilkington)에 의해 제공된다. 작업(531)에서 수용된 기판은 위에서 설명된 바와 같이 세척 및 준비될 수 있다. 작업(533)을 보라. 다음에 프로세스는 작업(535)에서 나타낸 바와 같이 제1 절연층을 형성하는 것을 관여시킨다. 이러한 층은 여러 다른 기술에 의해 준비될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 기판에는 투과적 전도성 층도 절연층도 제공될 수 있다(예를 들어, TiO2로 덮인 불화계 SnO). 소정 실시예에 있어서, 감전발색 디바이스는 폴리싱된 기판 상에 제조될 때 더 양호하게 수행함을 알게 되었다. 그러한 폴리싱은, 예를 들어, 알루미나 또는 다른 전자 절연성 물질을 포함하고 있는 폴리싱 화합물로 TiO2의 상위 표면을 폴리싱하는 것을 관여시킬 수 있다. 참고로 그 전체가 본 명세서에 편입되어 있는, 2012년 9월 27일자로 출원된 발명의 명칭 "OPTICAL DEVICE FABRICATION"의 PCT 특허 출원 제PCT/US2012/057606호를 보라. 이론에 의해 구속되기를 바라지는 않지만, 폴리싱에서 사용되는 알루미나 또는 다른 절연 물질은 제1 투과적 (전도) 층의 표면 상에 절연층을 형성할 수 있거나 또는 알루미나 입자는 기판과 제공된 다른 절연 물질 또는 주석 산화물 내 보이드에 채워질 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 절연층은 2개의 다른 물질을 포함하고 있으며, 하나는 수용된 대로의 기판 상에 형성되고 다른 하나는 제1 물질 내 보이드를 채운다. 다른 실시예에 있어서, 작업(535)에서 형성된 제1 절연층은 물리적 증착 또는 화학적 증착과 같은 관용적 퇴적 프로세스에 의해 퇴적된다. 결과적 층은 여기 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 절연층의 조성을 가질 수 있다.
제1 절연층이 형성된 후에, 프로세스는 본질적으로는 도 5b 및/또는 도 5c를 참조하여 설명된 바와 같이 계속될 수 있다. 제1 감전발색층이 작업(537)에서 퇴적되고, 선택사항인 리튬화 작업(539)이 뒤따른다. 이후에, 선택사항으로서 이온 전도층이 제자리에 퇴적 또는 형성되고, 제2 감전발색층의 퇴적이 뒤따른다. 작업(541)을 보라. 이러한 포인트로 제조된 디바이스는 그 후 작업(543)에서 나타낸 바와 같이 리튬화된다. 제2 절연층은 작업(545)에서 형성된다. 이러한 제2 절연층을 형성하는데 사용된 물질은 작업(535)에서 제1 절연층을 형성하는데 사용된 것과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 제1 절연층이 프로세스에 의해 수용된 기판과 제공되거나 폴리싱 동안 제공되면, 전형적으로 제2 절연층은 제1 절연층과는 다른 조성 - 또는 적어도 다른 형태론 - 을 가질 것이다.
제2 절연층이 형성된 후에, 프로세스는 제2 투과적 전도성 층을 퇴적시킨다. 작업(547)을 보라. 이후에 선택사항인 후처리가 위에 설명된 바와 같이 수행된다. 작업(549)을 보라.
도 5e는 낮은-결함도 감전발색 디바이스를 형성하는 다른 프로세스를 제시하고 있다. 프로세스는 거기에 미리-형성된 다양한 층을 갖는 기판의 수용으로 블록(551)에 도시된 바와 같이 시작된다. 이들 층은 주석 산화물 및 실리콘 산화물 층과 같은 하나 이상의 확산 장벽 층, 불화계 주석 산화물 층과 같은 제1 투과적 전도성 층, 및 제1 결함-경감 절연층을 포함할 수 있다. 나타낸 바와 같이, 결함-경감 절연층은 티타늄 산화물, 주석 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 탄탈룸 산화물 니켈 텅스텐 산화물, 다양한 질화물, 탄화물, 산화탄화물, 산화질화물, 및 이들 중 어느 하나의 변종 등이거나 포함할 수 있다.
기판의 수용시, 그것은 블록(553)에 나타낸 바와 같이 디바이스 제조를 위해 세척되고 아니면 준비될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 준비는 절단, 클리닝, 템퍼링 등을 포함할 수 있다. 이후에, 블록(555)에 나타낸 바와 같이, 기판 표면은 선택사항으로서는 폴리싱된다. 폴리싱은, 예를 들어, 폴리싱 슬러리 또는 다른 적합한 폴리싱 포뮬레이션을 형성하는 적합한 캐리어 내 알루미늄 산화물, 세륨 산화물 또는 다른 적합한 폴리싱 물질로 수행될 수 있다. 폴리싱은, 위에서 설명된 바와 같이, 다양한 목적을 제공할 수 있다. 이들 목적 중에는, 예를 들어, 표면의 거칠기를 감축하는 것 및 절연 물질을 절연 표면 층 내 편입시키는 것을 포함하는데, 그렇지 않았더라면 피트, 결함, 불연속, 및 다른 잠재적 전기 단락 소스를 포함하고 있었을 것이다. 폴리싱 화합물 내 폴리싱 물질(예를 들어, 알루미나 또는 세륨 산화물)는 그 자체로 기판 상에 제공된 다른 연속형 절연층 내 갭을 채우는 절연 물질이다.
선택사항인 폴리싱 후에, 제1 및 제2 감전발색층은 도 5e의 블록(557, 561)에서 나타낸 바와 같이 그리고 위에서 설명된 바와 같이 퇴적된다. 이후에, 리튬화와 같은 입자 제거 단계가 블록(563)에 나타낸 바와 같이 수행된다. 그 후, 제2 결함-경감 절연층이 제2 감전발색층 위에 형성된다. 블록(565)을 보라. 도 5e에 묘사된 프로세스의 특정 구현에 있어서, 제2 결함-경감 절연층은 니켈 텅스텐 산화물의 감전발색-덜한 형태이다. 이러한 구현에 있어서, 제2 감전발색층은 니켈 텅스텐 산화물의 감전발색 형태이다. 제1 감전발색층은 하나 이상의 층에 퇴적된 텅스텐 산화물일 수 있다. 위에서 나타낸 바와 같이, 일부 구현에 있어서, 제1 텅스텐 산화물 층 위에 형성된 제2 텅스텐 산화물 층은 산소에서 초-화학량론적인 조성을 가질 수 있다.
제2 결함-경감 절연층이 블록(565)에서 형성된 후에, 제2 투과적 전도성 층은 블록(567)에 의해 나타낸 바와 같이 퇴적된다. 이후에, 열 컨디셔닝 또는 열 화학적 컨디셔닝과 같은 후-처리가 위에서 설명된 바와 같이 수행된다. 블록(569)을 보라. 그리하여 프로세스는 이 예시의 목적으로 완료된다.
결함 경감 절연층은 다양한 기술에 의해 퇴적될 수 있다. 물리적 및 화학적 증착이 전형적이다. 일부 경우에 있어서, 퇴적은 순응적이다; 즉, 프로세스는 입자 탈출에 의해 생성된 피트 및 다른 토폴로지 변형의 윤곽을 따를 수 있는 절연층을 퇴적시킨다. 퇴적 프로세스의 순응도는 층이 마이크로미터 또는 나노미터의 차수(예를 들어, 수십 또는 수백 나노미터)로 윤곽을 따를 수 있게 하여야 한다. 이것을 허용하는 퇴적 프로세스의 클래스의 예는 화학적 증착 기술 및 원자 층 퇴적(ALD) 기술이다. 절연층이 내려 놓인 후에 수행되는 디바이스 층의 퇴적은 마찬가지로 특정 순응적 프로세스에 의해 퇴적될 수 있다.
대부분의 실시예에서 입자 제거를 촉진하는 작업으로서 리튬화가 제시되었기는 하지만, 마찬가지로 다양한 다른 기술이 입자 제거를 촉진하는 역할을 할 수 있다. 이들 중 하나는 "콘택트 클리닝"으로서, 입자에 달라붙거나 끌어들여 그 후 그것들을 디바이스로부터 제거하는 콘택트 롤러, 스트립 또는 브러시로 부분 제조된 감전발색 디바이스의 층에 접촉하는 것을 관여시키는 프로세스이다. 전형적으로, 콘택트 클리닝은 입자를 끌어들어 제거하도록 정적 인력 및/또는 점착을 채용한다. 일부 콘택트 클리닝 제품은 상업적으로 이용가능하여, 콘택트 시트 클리닝 및 웹 클리닝 산업에 상품화되어 있다. 다양한 실시예에 있어서, 롤러 메커니즘이 사용된다. 일부 경우에 있어서, 2개의 롤러가 사용된다: 제1의 것은 입자에 접촉하여 디바이스 표면으로부터 제거하기 위한 것이고 제2 롤러는 제1 롤러에 의해 그 가장 최근 회전에서 픽업된 입자를 제거하도록 제1 롤러에 접촉하기 위한 것이다. 베어 유리를 클리닝하기 위한 판매되는 콘택트 클리닝 제품의 예는 테크니카(Technica) 및 영국 스코틀랜드 렌프루셔 테크넥(Teknek)(상표명)에 의해 제조된다.
일부 구현에 있어서, 콘택트 클리너는 감전발색 디바이스 제조 시스템과 통합된다. 전형적으로, 항상은 아니더라도, 콘택트 클리너는 감전발색 디바이스의 층을 퇴적시키기 위한 시스템의 진공 환경 밖에 배치된다. "절단 및 코팅" 제조 프로세스 흐름에서, 단일 사이즈의 콘택트 클리너가 사용될 수 있다. 다른 제조 흐름에 있어서는, 여러 다른 사이즈의 유리 상에 제조된 디바이스를 클리닝하도록 여러 다른 사이즈의 콘택트 클리너가 채용된다.
다른 카테고리의 입자 제거 기술은 그것들이 박혀 있는 기판 층 및 입자의 열 팽창에서의 차이에 의존한다. 입자 부피가 주위 층에 상대적으로 팽창 또는 수축할 때, 입자는, 특히 상대적 부피 변화가 급속할 때, 탈출될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 부피 변화를 유도하는 메커니즘은 입자에 의해서는 선택적으로 흡수되지만 주위 층(들)에 의해서는 그렇지 않은 파장에서 기판의 조사이거나, 또는 그 역도 마찬가지이다. 일부 실시예에 있어서, 상대적 부피 변화를 유도하는 메커니즘은 입자 및 주위 층(들)의 다른 열 팽창 계수이다.
열 에너지는 다양한 방식으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 언급된 바와 같이, 입자 및 또는 기판 층(들)은 조사에 의해 가열될 수 있다. 조사는 적외선 내지 자외선 범위의 파장의 스펙트럼 또는 파장에서 제공될 수 있다. 조사는 하나 이상의 램프, 레이저 등에 의해 제공될 수 있다. 하나의 접근법에 있어서, 콜리메이팅된 레이저 빔이 부분 제조된 감전발색 디바이스의 표면 위로 지나간다. 예를 들어, 빔은 디바이스의 폭에 걸쳐 디바이스의 표면을 스친다. 빔은 감전발색 디바이스를 싣고 있는 기판의 주행 방향에 직각이거나 실질적으로 직각인 방향으로 전파할 수 있다. 다른 접근법에 있어서, 레이저 빔은 디바이스 상에 포커싱되어 표면 위로 래스터 스캔으로 이동된다.
일부 실시예에 있어서, 열 에너지는 기판/디바이스의 표면 위로 가열된 가스를 지나가게 하는 것 및/또는 롤러와 같은 가열된 엘리먼트 위로 기판/디바이스를 지나가게 하는 것과 같은 비-방사 메커니즘에 의해 기판을 가열함으로써 제공된다. 일 구현에 있어서, 가열된 엘리먼트는 저항성 가열에 의해 가열된다.
입자 제거에 대한 다른 접근법에 있어서는, 정전기력이 부분 제조된 감전발색 디바이스에 가해진다. 이것은, 예를 들어, 플라즈마로 디바이스에 접촉시키거나 또는 디바이스를 포함하고 있는 기판에 전하를 가함으로써 성취될 수 있다. 일 실시예에 있어서는, 2개의 스테이지 프로세스가 채용된다. 제1 스테이지에서, 입자는 플라즈마에의 노출에 의해 대전된다. 그 후, 제2 스테이지에서, 대전된 입자를 갖는 기판이 전기 전하를 수용하여, 대전된 입자가 탈출되게 야기한다. 예를 들어, 전기적 접촉이 기판의 전도성 또는 부분적 전도성 층에 이루어지고 접촉을 통해 전하가 디바이스에 가해진다. 일부 구현에 있어서, 기판은 플라즈마와의 접촉에 의해 입자에 가해진 전하와 동일한 부호의 전하와 접촉된다.
추가적 접근법에 있어서, 부분 제조된 감전발색 디바이스는 초임계 탄소 이산화물과 같은 초임계 유체에 노출된다. 초임계 유체는 입자를 축출 및 제거하는 것에 매우 효과적이다. 그 유체는 유체의 클리닝 파워 또는 다른 속성을 개선하기 위해 하나 이상의 첨가제가 들어있는 초임계 탄소 이산화물과 같은 초임계 용매를 포함할 수 있다. 초임계 유체는 여러 프로세스 중 어느 하나를 사용하여 부분 제조된 감전발색 디바이스와 접촉하게 될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 초임계 유체를 통해 지나가거나 담궈질 수 있다. 유체 자체는 정지한 또는 흐르는 상태로 제공될 수 있다. 다양한 실시예에 있어서는, 어떤 대류가 채용될 것이다. 예를 들어, 초임계 유체는 재순환 루프에서 펌프에 의해 구동되어 기판 접촉 챔버를 통해 흐를 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 초임계 유체는 극저온 에어로졸로서 제공된다. 유체는 디바이스 또는 스프레이 노즐(또는 스프레이 건)이 다른 것에 대해 이동할 때 디바이스 상에 스프레이될 수 있다.
또 다른 접근법에 있어서, 입자는 부분 제조된 감전발색 디바이스에 음향 에너지를 가함으로써 축출 및/또는 제거된다. 음향 에너지는 메가소닉, 수퍼소닉, 울트라소닉 등을 포함하여 여러 주파수 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 진동 소스는 기판에 직접 결합된다. 소정 실시예에 있어서, 진동 소스는 기판/디바이스와 접촉하고 있는 유체에 직접 결합된다.
다른 제거 기술은, 선택사항으로서는 에어 나이프로, 이온화된 에어 블로우 오프를 관여시킨다. 또 다른 기술은 입자를 포함하고 있는 디바이스의 층의 에치-백을 관여시킨다. 에치-백은, 이온 밀링 등을 사용함으로써, 플라즈마(예를 들어, 불소 또는 산소 함유 플라즈마)로 성취될 수 있다. 입자는 에치-백 프로세스에 의해 제거되거나 단지 축출될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 별개의 입자 제거 작업이 에치-백 후에 적용될 수 있다. 그러한 프로세스는 기판에 전하를 가하는 것, 기판을 초임계 유체와 접촉시키는 것, 또는 입자를 선택적으로 가열하는 것과 같이 위에서 설명된 하나 이상의 다른 프로세스를 포함할 수 있다.
리튬화가 입자 제거 기술로서 채용될 때, 그것은 다양한 포맷으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 리튬은 단일 도스로 또는 다수 도스로, 때로는 감전발색 및 카운터 전극층에와 같이 디바이스의 여러 다른 층에 전달될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 디바이스에 필요로 되는 모든 리튬은 단일 작업에서 전달된다. 예를 들어, 리튬은 카운터 전극층에 전달되고 디바이스의 나머지 내로 확산 또는 이주하도록 허용될 수 있다. 모든 리튬이 하나의 작업에서 제공될 때, 편입은 디바이스 상에 최대 부피 스트레스를 제공하고 리튬화를 통하여 입자를 제거하는데 가장 효과적인 방법을 제공할 것 같다. 그렇지만, 리튬화 선택사항은 단일 도스로 한정되지는 않는다.
입자 제거 작업은 감전발색 디바이스 제조 순서 내 다양한 스테이지에서 수행될 수 있다. 위 설명이 부분 제조된 감전발색 디바이스로부터의 제거에 초점을 맞추고 있지만, 제거 기술 중 어느 것이라도 또한 완전 제조된 감전발색 디바이스 상에서 수행될 수 있음을 이해하여야 한다. 여러 프로세스 예가 아래에 제시된다. 각각은 이하의 베이스 프로세스 상의 변형이다:
베이스 디바이스 제조 프로세스
제1 TC층 형성
EC층 형성
IC층 형성(선택사항)
CE층 형성
제2 TC층 형성
이온 전도층이 별개 단계에서 퇴적되지 않는 프로세스
선택사항 1
제1 TC층 형성
입자 제거
절연층 형성
EC층 형성
CE층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 2
제1 TC층 형성
EC층 형성
입자 제거
절연층 형성
CE층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 3
제1 TC층 형성
EC층 형성
CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 4
제1 TC층 형성
EC층 형성
입자 제거
CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 5
제1 TC층 형성
입자 제거
EC층 형성
CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 6
제1 TC층 형성
EC층 형성
부분 CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
CE층의 나머지 형성
제2 TC층 형성
선택사항 7
제1 TC층 형성
입자 제거
EC층 형성
부분 CE층 형성
절연층 형성
입자 제거
CE층의 나머지 형성
제2 TC층 형성
선택사항 8
제1 TC층 형성
EC층 형성
입자 제거
부분 CE층 형성
절연층 형성
입자 제거
CE층의 나머지 형성
제2 TC층 형성
이온 전도층이 별개 단계에서 퇴적되는 프로세스
선택사항 1
제1 TC층 형성
입자 제거
절연층 형성
EC층 형성
IC층 형성
CE층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 2
제1 TC층 형성
EC층 형성
입자 제거
절연층 형성
IC층 형성
CE층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 3
제1 TC층 형성
EC층 형성
IC층 형성
입자 제거
절연층 형성
CE층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 4
제1 TC층 형성
EC층 형성
IC층 형성
CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 5
제1 TC층 형성
EC층 형성
입자 제거
IC층 형성
CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 6
제1 TC층 형성
입자 제거
EC층 형성
IC층 형성
CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
제2 TC층 형성
선택사항 7
제1 TC층 형성
EC층 형성
IC층 형성
부분 CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
CE층의 나머지 형성
제2 TC층 형성
선택사항 8
제1 TC층 형성
EC층 형성
입자 제거
IC층 형성
부분 CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
CE층의 나머지 형성
제2 TC층 형성
선택사항 9
제1 TC층 형성
입자 제거
EC층 형성
IC층 형성
부분 CE층 형성
입자 제거
절연층 형성
CE층의 나머지 형성
제2 TC층 형성
위 선택사항의 각각이 카운터 전극층 전에 퇴적된 감전발색층을 보여주고 있기는 하지만, 퇴적 순서는 선택사항 중 어디에서라도 역으로 될 수 잇다.
다양한 실시예에 있어서, 입자 제거는 감전발색 디바이스의 높은 저항률 층 내 일어난다. 전통적 5개 층 EC 디바이스(베이스 구조 위 - TC1/EC/IC/CE/TC2)에 있어서, 입자 제거는 (a) IC의 5%가 퇴적되었을 때 또는 그 후에 그러나 (b) IC의 95%가 퇴적되었을 때 또는 그 전에, 그리고/또는 (c) CE의 5%가 퇴적되었을 때 또는 그 후에 그러나 (d) CE의 95%가 퇴적되었을 때 또는 그 전에 일어날 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 입자는 제거되고 결함 경감층은 저항성 성분 물질(및 리튬의 존재시에도 저항성으로 머물러 있는 것)의 일부 후에 그러나 저항성 물질의 나머지가 퇴적되기 전에 퇴적된다. 이러한 프로세스의 변종에 있어서, 저항성 물질의 나머지는 결함-경감 절연층이다. 제거되는 입자는 잠재적으로 아래로 TC1 층으로의 홀을 남기고 그 후 절연 물질로 채워질 것이다. 입자 제거의 프로세스에서 부가되는 어느 입자라도 이미 디바이스의 저항성 컴포넌트의 제1 부분의 위에 거주할 것이고 그래서 단락 회로에 대한 위협을 제기하지 않을 것이다. 텅스텐 산화물은 리튬의 존재 시 전도성으로 될 수 있음을 유념한다. 그래서, 감전발색 물질로서 텅스텐 산화물을 채용하는 소정 실시예에 있어서, 입자 제거 및 절연층의 퇴적은 텅스텐 산화물 층 이외의 층에서 일어난다.
결함-경감 절연층의 속성
다양한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 반대 극성의 층들 사이의 직접 전기적 접촉을 방지함으로써 단락 회로를 방지한다. 다양한 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층은 입자를 캡슐화하고 그것들이 탈출되는 것을 방지한다. 절연층에 대한 속성은 가시적 범위 내 투과, 감전발색이 약하거나 없음, 도핑되지 않은 전극 물질(감전발색 및/또는 카운터 전극)의 것에 필적하거나 그보다 높은 전자 저항, 및 물리적 및 화학적 내구성을 포함할 수 있다.
절연층의 속성 중 하나는 그 전자 저항률이다. 일반적으로, 그것은 투과적 전도성 층의 것보다 실질적으로 더 큰, 흔히 크기 차수가 더 큰 전자 저항률 레벨을 가져야 한다. 일부 실시예에 있어서, 절연층은 관용적 이온 전도층의 것과 투과적 전도성 층(예를 들어, 인듐 도핑된 주석 산화물)의 것 사이의 중간 전자 저항률을 갖는다. 그리하여, 전자 저항률은 약 10- 4Ω-㎝(대략 인듐 주석 산화물의 저항률)보다 더 크거나 약 10- 6Ω-㎝보다 더 커야 한다. 일부 경우에 있어서, 그것은 약 10-4Ω-㎝ 내지 1014Ω-㎝(감전발색 디바이스에 대한 전형적 이온 도체의 대략적 저항률) 또는 약 10- 5Ω-㎝ 내지 1012Ω-㎝의 전자 저항률을 갖는다. 소정 실시예에 있어서, 절연층 내 물질의 전자 저항률은 약 1 내지 5x1013Ω-㎝ 또는 약 102 내지 1012Ω-㎝ 또는 약 106 내지 5x1012Ω-㎝, 또는 약 107 내지 5x109Ω-㎝이다. 일부 실시예에 있어서, 결함 경감 절연층 물질은 카운터 전극 물질의 감전발색층의 것에 필적하는(예를 들어, 크기 차수 내 있는) 저항률을 가질 것이다.
물질의 저항률은 절연층의 두께에 결합된다. 이러한 저항률 및 두께 레벨은 실제로 단순히 저항률 단독보다 더 중요할 수 있는 시트 저항 값을 함께 내놓을 것이다. (더 두꺼운 물질은 더 낮은 시트 저항을 가질 것이다). 비교적 높은 저항률 값을 갖는 물질을 사용할 때, 감전발색 디바이스는, 디바이스의 광학 품질을 유지하는데 바람직할 수 있는, 비교적 박형 절연층으로 설계될 수 있다. 소정 실시예에 있어서, 절연층은 약 100㎚ 이하 또는 약 50㎚ 이하의 두께를 갖는다. 일례에 있어서, 절연층은 약 5㎚의 두께를 갖고, 다른 일례에 있어서, 그 층은 약 20㎚의 두께를 갖고, 다른 일례에 있어서, 그 층은 약 40㎚의 두께를 갖는다. 소정 실시예에 있어서, 절연층의 전자 시트 저항은 제곱당 약 40 내지 4000Ω 또는 제곱당 약 100 내지 1000Ω이다. 일부 경우에 있어서, 절연 물질은 용이하게 측정될 수 없는 시트 저항을 갖는 전기적 반전도이다.
소정 실시예, 특히 결함-경감 절연층이 기판 상에 배치되는 것들에 있어서는, 더 두꺼운 층이 때로는 채용된다. 두께는, 예를 들어, 약 5 내지 500㎚, 또는 약 5 내지 100㎚, 또는 10 내지 100㎚, 또는 약 15 내지 50㎚, 또는 약 20 내지 50㎚, 또는 약 20 내지 40㎚일 수 있다.
소정 실시예에 있어서, 절연층을 구성하는 물질은 비교적 낮은 블라인드 전하 용량을 갖는다. 감전발색 디바이스의 맥락에 있어서, 물질의 전하 용량은 정규 감전발색 사이클링 동안 리튬 이온을 가역적으로 수용할 수 있는 그 능력을 표현한다. 블라인드 전하 용량은 그것이 제조 동안 또는 초기 사이클링 동안 마주치는 리튬 이온을 비가역적으로 수용할 수 있는 물질의 용량이다. 블라인드 전하로서 수용되는 그들 리튬 이온은 그것들이 격리되는 물질의 내외로 후속 사이클링에 이용가능하지 않다. 절연 물질이 큰 전하 용량을 가지면, 그때 그것은 비기능적 리튬 이온의 비축지로서 역할할 수 있다(전형적으로 그 층은 감전발색을 나타내 보이지 않고 그 안으로 지나가는 리튬 이온은 발색 또는 소색 전이를 구동하지 않는다). 그래서, 이러한 부가적 층의 존재는 단순히 이러한 부가적 층에 의해 차지되도록 디바이스 내 제공될 부가적 리튬 이온을 요구한다. 이것은 물론, 리튬이 제조 동안 디바이스 내 통합하기가 어려울 수 있으므로, 단점이다.
소정 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층의 전하 용량은 약 10 내지 100 밀리쿨롱/㎠*㎛이다; 예를 들어, 약 30 내지 60 밀리쿨롱/㎠이다. 비교를 위해, 전형적 니켈 텅스텐 산화물 감전발색층의 전하 용량은 대략 120 밀리쿨롱/㎠*㎛이다. 소정 실시예에 있어서, 결함-경감 절연층의 블라인드 전하 용량은 약 30 내지 100 밀리쿨롱/㎠*㎛이다; 예를 들어, 약 100 내지 110 밀리쿨롱/㎠*㎛이다. 비교를 위해, 전형적 니켈 텅스텐 산화물 감전발색층의 전하 용량은 전형적으로 약 100 밀리쿨롱/㎠*㎛ 미만이다.
소정 실시예에 있어서, 결함 경감 절연층은 이온 전도성이다. 이것은 그 층이 2개의 전극(감전발색 및 카운터 전극) 중 제2의 것 전에 퇴적되면 특히 그렇다. 소정 실시예에 있어서, 결함 경감 절연층은 약 10-7 지멘스/㎝ 내지 10-12 지멘스/㎝, 또는 약 10-8 지멘스/㎝ 내지 10-11 지멘스/㎝, 또는 10-9 지멘스/㎝ 내지 10-10 지멘스/㎝의 이온 전도성을 갖는다.
소정 실시예에 있어서, 결함 경감 절연층은 그것이 제조되어 나오는 물질의 최대 이론적 밀도의 약 90% 이내의 밀도를 갖는다.
일부 구현에 있어서, 절연층은 정규 동작 동안 감전발색을 거의 또는 전혀 나타내 보이지 않는다. 감전발색은 정의된 전압 변화 또는 다른 구동력을 인가하고 디바이스의 광학 밀도 또는 투과율에서의 변화를 측정함으로써 측정될 수 있다.
절연층의 물질은 또한 양호한 광학 속성을 가져야 한다. 예를 들어, 그것은 비교적 낮은 광학 밀도를 가져야 한다; 예를 들어, 약 0.1 아래 또는 약 0.05 아래. 부가적으로, 물질은 그것이 상당한 반사를 도입하지 않도록 스택 내 인접하는 물질의 것과 매칭하는 굴절률을 가질 수 있다. 물질은 또한 감전발색 디바이스 스택 내 그것에 인접하는 다른 물질에 잘 들러붙어야 한다.
언급된 바와 같이, 결함-경감층은 제조 동안 디바이스 상에 퇴적시키는 입자를 캡슐화하는 역할을 할 수 있다. 이들 입자를 캡슐화함으로써, 그것들은 탈출될 가능성이 더 적다. 이것이 목적이면, 그때 결함-경감층을 퇴적시키는 작업은 디바이스 스택 내 입자를 도입할 것 같은 프로세스 작업 또는 작업들 후에 곧 또는 바로 수행되어야 한다. 더욱, 목적이 캡슐화하는 것이면, 그때는 더 두꺼운 층이 바람직하다.
다양한 물질이 결함-경감 절연층으로서 사용될 수 있다. 이들은 알루미늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 세륨 산화물, 화학량론적 텅스텐 산화물(예를 들어, WO3, 산소 대 텅스텐의 비는 정확히 3), 니켈 텅스텐 산화물의 변형, 및 고도로 산화된 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 다양한 투과적 금속 산화물을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 절연 물질은 알루미늄 산화물, 아연 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 탄탈룸 산화물, 및 니켈 텅스텐 산화물(전형적으로 비-감전발색 유형)로부터 선택된다. 부가적으로, 중간 내지 높은 저항 및 광학 투과도를 갖는 일부 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화탄화물, 및 불화물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 티타늄 질화물, 탄탈룸 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 및/또는 텅스텐 질화물과 같은 질화물이 사용될 수 있다. 더욱, 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 탄탈룸 탄화물, 실리콘 탄화물, 및/또는 텅스텐 탄화물과 같은 탄화물이 사용될 수 있다. 산화탄화물 및/또는 산화질화물이 또한 소정 실시예에서는 사용될 수 있다. 달리 특정되지 않는 한, 이들 조성의 각각은 다양한 원소 비 또는 화학량론으로 존재할 수 있다. 니켈 및 텅스텐을 포함하고 있는 절연층에 대하여, 니켈 대 텅스텐의 비는 비교적 높은 비가 채용되게 되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, Ni:W (원자) 비는 약 90:10 내지 50:50이거나 약 80:20 내지 60:40일 수 있다.
일부 경우에 있어서, 결함-경감층에 대해 선택된 물질은 감전발색 스택과 잘 통합되는 물질이다. 통합은 (a) 스택 내 절연층에 인접하는 층 내 물질의 것들과 유사한 조성을 채용하는 것(제조의 용이함을 촉진), 및 (b) 스택 내 다른 물질과 광학적으로 양립가능한 물질을 채용하는 것에 의해 촉진될 수 있고 전반적 스택 내 품질 저하를 감축할 수 있다.
전술한 발명이 이해를 용이하게 하기 위해 어느 정도 상세하게 설명되었지만, 설명된 실시예는 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 생각되어야 한다. 첨부 청구항들의 범위 내에서 소정 변경 및 수정이 실시될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (98)

  1. 감전발색 디바이스로서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 전극층으로서, 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 제1 전극층;
    감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하는 감전발색 스택(electrochromic stack);
    상기 감전발색 스택 상에 배치된 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 제2 전극층; 및
    (i) 상기 감전발색층 내 중간 위치와 상기 감전발색층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 상기 전극층의 위치 사이의 위치 또는 (ii) 상기 카운터 전극층 내 중간 위치와 상기 카운터 전극층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 상기 전극층의 위치 사이의 위치에 배치된 실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 물질을 포함하는 결함-경감 절연층을 포함하는 감전발색 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감전발색 물질은 캐소드형 발색 감전발색 물질이고 상기 카운터 전극 물질은 애노드형 발색 감전발색 물질이며, 상기 감전발색층은 상기 제1 전극층에 인접하고 상기 카운터 전극층은 상기 제2 전극층에 인접하는 감전발색 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 감전발색 물질은 텅스텐 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 카운터 전극 물질은 니켈 텅스텐 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  5. 제2항에 있어서, 상기 감전발색 스택은 상기 감전발색층과 상기 카운터 전극층 사이에 끼워진 이온 전도층을 더 포함하는 감전발색 디바이스.
  6. 제2항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 카운터 전극층 내 중간 위치와 상기 제2 전극층의 위치 사이의 위치에 배치되는 감전발색 디바이스.
  7. 제2항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 카운터 전극층 내 중간 위치에 배치되는 감전발색 디바이스.
  8. 제6항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은, 상기 제2 전극층과 접촉하여, 상기 제2 전극층과 상기 카운터 전극층 사이에 배치되는 감전발색 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 전극층 사이에 하나 이상의 층을 더 포함하는 감전발색 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 전극층 사이의 상기 층 중 하나는 확산 장벽 층인 감전발색 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 감전발색 물질은 캐소드형 발색 감전발색 물질이고 상기 카운터 전극 물질은 애노드형 발색 감전발색 물질이고, 상기 감전발색층은 상기 제2 전극층에 인접하고 상기 카운터 전극층은 상기 제1 전극층에 인접하는 감전발색 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 감전발색층 내 중간 위치와 상기 제2 전극층의 위치 사이의 위치에 배치되는 감전발색 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 감전발색층 내 중간 위치에 배치되는 감전발색 디바이스.
  14. 제11항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은, 상기 제2 전극층과 접촉하여, 상기 제2 전극층과 상기 감전발색층 사이에 배치되는 감전발색 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상기 감전발색 스택은 별개로 퇴적된 이온 도체 층을 포함하고 있지 않는 감전발색 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 상기 감전발색 디바이스 내 가시적 단락-관련 핀홀 결함의 수는 제곱 센티미터당 약 0.005보다 더 크지 않은 감전발색 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 감전발색 스택은 전적으로 고체 상태 및 무기물인 감전발색 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 감전발색층은 텅스텐 산화물을 각각 포함하는 2개의 부-층을 포함하고, 하나의 부-층은 다른 하나의 부-층보다 더 큰 산소 농도를 갖는 감전발색 디바이스.
  19. 제17항에 있어서, 상기 카운터 전극층은 니켈 텅스텐 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  20. 제1항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  21. 제20항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 탄탈룸 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  22. 제20항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 및 텅스텐 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 질화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  23. 제20항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈룸 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 탄화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  24. 제1항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 두께가 약 5 내지 500㎚인 감전발색 디바이스.
  25. 제1항에 있어서, 상기 감전발색 스택은 등급형 조성을 갖는 감전발색 디바이스.
  26. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극층에 근접한 제2 결함-경감 절연층을 더 포함하는 감전발색 디바이스.
  27. 제26항에 있어서, 양 결함-경감 절연층은 상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 배치되는 감전발색 디바이스.
  28. 제1항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 포함하는 감전발색 디바이스.
  29. 제28항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하는 감전발색 디바이스.
  30. 제1항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 이온 전도성인 감전발색 디바이스.
  31. 제1항에 있어서, 상기 절연층은 약 1 내지 1015옴-㎝의 전자 저항률을 갖는 감전발색 디바이스.
  32. 감전발색 디바이스를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
    기판 상에 배치된 제1 전극층 상에 감전발색 스택을 형성하는 단계로서, 상기 감전발색 스택은 감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 형성하는 단계;
    상기 감전발색 스택 상에, 밑에, 또는 내에 결함-경감 절연층을 형성하는 단계로서, 상기 결함-경감 절연층은 실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 물질을 포함하는 상기 형성하는 단계; 및
    제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 제2 전극층을 상기 감전발색 스택 위에 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 결함-경감 절연층은 (i) 상기 감전발색층 내 중간 위치와 상기 감전발색층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 상기 전극층의 위치 사이의 위치 또는 (ii) 상기 카운터 전극층 내 중간 위치와 상기 카운터 전극층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 상기 전극층의 위치 사이의 위치에 배치되는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 감전발색층은 캐소드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 상기 감전발색 스택 내 상기 카운터 전극층 전에 형성되는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은, 상기 제1 전극층과 접촉하여, 상기 제1 전극층과 상기 감전발색층 사이에 형성되는 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은, 상기 제2 전극층과 접촉하여, 상기 제2 전극층과 상기 카운터 전극층 사이에 형성되는 방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 카운터 전극층 내에 형성되는 방법.
  37. 제33항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 감전발색층 내에 형성되는 방법.
  38. 제33항에 있어서, 상기 제1 전극층과 상기 감전발색층 사이에 제2 결함-경감 절연층을 형성하거나 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
  39. 제32항에 있어서, 상기 감전발색층은 캐소드형 발색 감전발색 물질을 포함하고 상기 감전발색 스택 내 상기 카운터 전극층 후에 형성되는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 제1 전극층과 상기 카운터 전극층 사이에 제2 결함-경감 절연층을 형성하거나 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
  41. 제39항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은, 상기 제2 전극층과 접촉하여, 상기 제2 전극층과 상기 감전발색층 사이에 형성되는 방법.
  42. 제39항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 감전발색층 내에 형성되는 방법.
  43. 제39항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 상기 카운터 전극층 내에 형성되는 방법.
  44. 제39항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은, 상기 제1 전극층과 접촉하여, 상기 제1 전극층과 상기 카운터 전극층 사이에 형성되는 방법.
  45. 제32항에 있어서, 상기 감전발색 스택을 형성하는 단계는 이온 전도층을 퇴적시키지 않고 수행되는 방법.
  46. 제32항에 있어서, 상기 감전발색 스택은 전적으로 고체 상태 및 무기물인 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 감전발색 물질은 텅스텐 산화물을 포함하는 방법.
  48. 제46항에 있어서, 상기 카운터 전극 물질은 니켈 텅스텐 산화물을 포함하는 방법.
  49. 제32항에 있어서, 상기 감전발색 스택을 형성하는 단계는 각각 텅스텐 산화물을 포함하지만 다른 산소 레벨을 갖는 2개의 부-층을 갖는 감전발색층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  50. 제32항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 및 금속 산화탄화물을 포함하는 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 탄탈룸 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함하는 방법.
  52. 제50항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 및 텅스텐 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 질화물을 포함하는 방법.
  53. 제50항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈룸 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 탄화물을 포함하는 방법.
  54. 제32항에 있어서, 상기 감전발색 스택의 적어도 일부 상에 리튬을 퇴적시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  55. 제54항에 있어서, 리튬을 퇴적시키는 단계는 상기 결함-경감 절연층을 형성하는 단계 이전에 수행되는 방법.
  56. 제32항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층을 형성하는 단계는 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층을 형성하는 단계는 프로세스에 제공될 때 상기 기판 상의 절연층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 상기 전자 절연성 물질 중 하나는 폴리싱 화합물의 입자를 포함하는 방법.
  58. 제57항에 있어서, 상기 기판 상의 상기 절연층은 티타늄 이산화물을 포함하는 방법.
  59. 제32항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층을 형성하는 단계는 상기 기판 상의 상기 제1 전극층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 상기 결함-경감 절연층의 상기 전자 절연성 물질은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하는 방법.
  60. 제32항에 있어서, 제2 결함-경감 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  61. 제60항에 있어서, 양 결함-경감 절연층은 상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 배치되는 방법.
  62. 제32항에 있어서, 하나 이상의 층은 상기 기판과 상기 제1 전극층 사이에 배치되는 방법.
  63. 제62항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 전극층 사이의 상기 층 중 하나는 확산 장벽 층인 방법.
  64. 제32항에 있어서, 상기 절연층은 약 1 내지 1015옴-㎝의 전자 저항률을 갖는 방법.
  65. 감전발색 디바이스로서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 전극층으로서, 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 제1 전극층;
    감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하는 감전발색 스택으로서, 상기 제1 전극층은 상기 기판과 상기 감전발색 스택 사이에 있는 상기 감전발색 스택;
    상기 감전발색 스택이 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치되도록 상기 감전발색 스택 상에 배치된 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 제2 전극층; 및
    실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 결함-경감 절연층으로서, 상기 제1 전극층과 상기 감전발색 스택 사이에 배치되는 상기 결함-경감 절연층을 포함하는 감전발색 디바이스.
  66. 제65항에 있어서, 제2 결함-경감 절연층을 더 포함하되, 상기 제2 결함-경감 절연층은 상기 감전발색 스택 상에 또는 내에 배치되는 감전발색 디바이스.
  67. 제65항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  68. 제67항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 탄탈룸 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  69. 제67항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 티타늄 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  70. 제67항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 주석 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  71. 제65항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하는 감전발색 디바이스.
  72. 제65항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 2개의 구별되는 전자 절연성 물질을 포함하는 감전발색 디바이스.
  73. 제65항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 약 5 내지 100㎚의 두께인 감전발색 디바이스.
  74. 감전발색 디바이스로서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 전극층으로서, 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 제1 전극층;
    감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하는 감전발색 스택으로서, 상기 제1 전극층은 상기 기판과 상기 감전발색 스택 사이에 있는 상기 감전발색 스택;
    상기 감전발색 스택이 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치되도록 상기 감전발색 스택 상에 배치된 제2 전극층으로서, 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 상기 제2 전극층; 및
    실질적으로 투과성이고 전자 절연성인 결함-경감 절연층으로서, 상기 제2 전극층과 상기 감전발색 스택 사이에 배치되는 상기 결함-경감 절연층을 포함하는 감전발색 디바이스.
  75. 제74항에 있어서, 상기 제2 전극층은 인듐 주석 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  76. 제74항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  77. 제76항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 탄탈룸 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  78. 제76항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 탄탈룸 질화물 및 텅스텐 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 질화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  79. 제76항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 티타늄 탄화물, 알루미늄 탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈룸 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 탄화물을 포함하는 감전발색 디바이스.
  80. 제74항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 약 5 내지 500㎚의 두께인 감전발색 디바이스.
  81. 제74항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 이온 전도성인 감전발색 디바이스.
  82. 제74항에 있어서, 제2 결함-경감 절연층을 더 포함하되, 상기 제2 결함-경감 절연층은 상기 감전발색 스택 아래에 또는 내부에 배치되는 감전발색 디바이스.
  83. 감전발색 디바이스를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
    (a) 스퍼터 퇴적 장치 내 기판을 수용하는 단계로서,
    상기 기판은 제1 전극층 및 위에 형성된 결함-경감 절연층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 상기 기판과 상기 결함-경감 절연층 사이에 배치되고, 상기 제1 전극층은 제1 투과적 전자 전도성 물질을 포함하되,
    상기 절연층은 전자 절연성이고 실질적으로 투과성인 상기 수용하는 단계;
    (b) 상기 기판 상에 감전발색 스택을 형성하는 단계로서,
    상기 감전발색 스택은 감전발색 물질의 감전발색층 및 카운터 전극 물질의 카운터 전극층을 포함하는 상기 형성하는 단계; 및
    (c) 제2 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 제2 전극층을 상기 감전발색 스택 위에 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  84. 제83항에 있어서, 기판 상에 상기 감전발색 스택을 형성하는 단계 이전에 상기 결함-경감 절연층을 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
  85. 제84항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하는 방법.
  86. 제83항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화질화물, 또는 금속 산화탄화물을 포함하는 방법.
  87. 제86항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 알루미늄 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 실리콘 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 텅스텐 산화물 및 산화된 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물인 방법.
  88. 제86항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 폴리싱 화합물의 입자를 포함하는 방법.
  89. 제83항에 있어서, 상기 감전발색 스택 상에 또는 내에 제2 결함-경감 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  90. 제83항에 있어서, 상기 결함-경감 절연층은 약 5 내지 100㎚의 두께인 방법.
  91. 감전발색 디바이스를 제조하기 위한 장치로서,
    (a) 통합형 퇴적 시스템(integrated deposition system)으로서,
    (i) 기판이 제1 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 상기 기판 상에 감전발색 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제1 물질을 포함하는 제1 표적을 포함하고 있는 상기 제1 퇴적 스테이션,
    (ii) 상기 기판이 제2 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 상기 기판 상에 카운터 전극 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제2 물질을 포함하는 제2 표적을 포함하고 있는 상기 제2 퇴적 스테이션, 및
    (iii) 전자 절연성이고 실질적으로 투과성인 결함-경감 절연층을 퇴적시키도록 구성된 제3 퇴적 스테이션을 포함하는 상기 통합형 퇴적 시스템; 및
    (b) 상기 기판 상에 스택을 순차적으로 퇴적시키는 방식으로 상기 제1 및 제2 퇴적 스테이션을 통해 상기 기판을 통과시키기 위한 프로그램 명령어를 포함하고 있는 컨트롤러를 포함하되, 상기 스택은 상기 감전발색 물질의 층, 상기 카운터 전극 물질의 층, 및 상기 결함-경감 절연층을 포함하는 장치.
  92. 제91항에 있어서, 상기 스택 상에 전극층을 퇴적시키도록 구성된 제4 퇴적 스테이션을 더 포함하되, 상기 전극층은 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 장치.
  93. 제92항에 있어서, 상기 프로그램 명령어는 (i) 상기 감전발색층 내 중간 위치와 상기 감전발색층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 상기 전극층의 위치 사이의 위치 또는 (ii) 상기 카운터 전극층 내 중간 위치와 상기 카운터 전극층이 가장 직접 전기적 통신하고 있는 상기 전극층의 위치 사이의 위치에 상기 결함-경감 절연층을 퇴적시키기 위한 명령어를 포함하는 장치.
  94. 제91항에 있어서, 상기 기판이 리튬 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 상기 카운터 전극 물질의 층 상에 또는 내에 또는 상기 감전발색 물질의 층 상에 또는 내에 리튬을 퇴적시키기 위한 리튬 표적을 포함하고 있는 상기 리튬 퇴적 스테이션을 더 포함하는 장치.
  95. 감전발색 디바이스를 제조하기 위한 장치로서,
    (a) 통합형 퇴적 시스템으로서,
    (i) 기판이 제1 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 상기 기판 상에 감전발색 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제1 물질을 포함하는 제1 표적을 포함하고 있는 상기 제1 퇴적 스테이션,
    (ii) 상기 기판이 제2 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 상기 기판 상에 카운터 전극 물질의 층을 퇴적시키기 위한 제2 물질을 포함하는 제2 표적을 포함하고 있는 상기 제2 퇴적 스테이션, 및
    (iii) 상기 기판 상의 결함-경감 절연층을 폴리싱하도록 구성된 폴리셔(polisher)를 포함하는 상기 통합형 퇴적 시스템; 및
    (b) 상기 기판 상에 스택을 순차적으로 퇴적시키는 방식으로 상기 제1 및 제2 퇴적 스테이션을 통해 상기 기판을 통과시키기 위한 프로그램 명령어를 포함하고 있는 컨트롤러를 포함하되, 상기 스택은 상기 감전발색 물질의 층 및 상기 카운터 전극 물질의 층을 포함하는 장치.
  96. 제95항에 있어서, 상기 스택 상에 전극층을 퇴적시키도록 구성된 제3 퇴적 스테이션을 더 포함하되, 상기 전극층은 투과적 전자 전도성 물질을 포함하는 장치.
  97. 제95항에 있어서, 상기 기판이 리튬 퇴적 스테이션에 위치결정될 때 상기 카운터 전극 물질의 층 상에 또는 내에 또는 상기 감전발색 물질의 층 상에 또는 내에 리튬을 퇴적시키기 위한 리튬 표적을 포함하고 있는 상기 리튬 퇴적 스테이션을 더 포함하는 장치.
  98. 제95항에 있어서, 상기 폴리셔는 상기 결함-경감 절연층 내 전자 저항성 입자를 편입시키도록 구성되는 장치.
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