PT104482A - Método de fabrico e criação de transístores de filme fino electrocrómicos de estrutura lateral ou vertical utilizando substratos vitrocerâmicos, poliméricos, metálicos ou de papel celulósico natural, sintético ou misto funcionalizados ou não funciona - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENCÃO CONSISTE NA CRIACÃO E FABRICO DE TRANSÍSTORES DE FILME FINO ELECTROCRÓMICOS, AUTO SUSTENTÁVEIS OU NÃO, DE ESTRUTURA LATERAL OU VERTICAL, DEPOSITADOS EM QUALQUER TIPO DE SUBSTRATO (1) FUNCIONALIZADO DESIGNADO POR ELECTROLITOCRÓMICO OU NÃO E EM QUE O MATERIAL ELECTRÓLITO (3) E A PRESENÇA OU NÃO DE UMA MEMBRANA ULTRA FINA (7) ACTUAM COMO DIELÉCTRICO, O MATERIAL ELECTROCRÓMICO (2) COMO SEMICONDUTOR ACTIVO DA REGIÃO DE CANAL E EM QUE OS ELÉCTRODOS PORTA (4), DE FONTE (5) E DRENO (5) SE BASEIAM EM MATERIAIS METÁLICOS COMO O TITÂNIO, O OURO, O ALUMÍNIO OU ÓXIDOS SEMICONDUTORES DEGENERADOS COMO O ÓXIDO DE ÍNDIO E ZINCO, O ÓXIDO DE ZINCO DOPADO COM GÁLIO, CARACTERIZADO POR O PROCESSO DE CONTROLO DO FUNCIONAMENTO DO DISPOSITIVO SE FAZER POR CORRENTE ELECTRÓNICA E IÓNICA E A COMUTACÃO DO ESTADO DESLIGADO PARA LIGADO OU VICE-VERSA SER ACOMPANHADO POR UMA MUDANCA DE COR DO DISPOSITIVO.

Description

Η4todo de fabrico e criaçOo de transi stcroa de filme fino ele ca roc romi cos de estruture lateral ou wrtical utilizando substratos yitrooertmiioos:, polimerícoB:f metálicos ca de papel celulósico natural , sintético on nisto fancionalizados ou não fanei ora 1 a. z a do a

Campo da Invenção 0 praterre......invento tem.....per base a crfação a fabrico de um transístor de filma fino electrocrómico, auto sustentarei ou são, produzidoi em. substratos v itrocerâmicos ,· polim.eri.cos, metalioos ou ; da: papa 1 natar air sintati oo ou mistos funcionai i z&dos isto é contendo no seu aclame o material eiectroliio do dado da porta o o material electrocrdmlco do lado do substrato onde sa colocam os eióctrooos da dreno e fonte, daqui ; para diante designados de substratos electoiitocrómicos ou na o i une i. ona. 11. z a dos e designados simplesmente por substratos e controlado par corrente e em que a mudança· de estado è acompanhada por mudança de cor., que é reversi vei ....................................................................................................................................................................................... A funeionalicação do substrato eieotroiitoerbmioo consiste na integração no volume do substrato dos materiais electrólitos e eiectrocr ómi co s enquanto''' nos sub S: t x a tos normal s se pr o cedo a deposição da i sna super f i.cle do olectrodo porta e contra ei.éctrodd (4); a deposição ou não de uma membrana nitra fina ("?) l o material electroliço (3) ; o material olectrocróm.ioo (2); s os eiécCredos da dreno c fonte (d), nas formas de estruture lateral ou certi.cai, incluindo ilhas do isolamento ou encapsulamento 16 j, do caso de: o substrato estar fancíonalíaado com o sieetròlito O: mate r: 1 a 1 ei e o t roer bmi co, danai para d .ia n t e si mpi esmo ate designado de eldctroiitocdásiicSí as duas faces do substrato cio otí li radas f : uma para se depositar o eléetrodo porta e a outra para se depositar sobre a região dó canal da eiectrodos de fonte e dreno como se índice na figura 2, Mesta caso a superfície do substrato fanctonaliz&do pode ser pass i vada ou ancapsulada. 0 principio de funcionamento do invento baseia "-se na alterando do estado de oxidação de um osido,· como per exemplo o Osloo de tungsténio estequiométrico ou nao fdCnj por aocao tías caross tónicas induzidas do electróiito via a presença eu na o de uma mumb ra na.........{?} pa ta o ma t e x i a 1 e 1 eqt too r ómí o o através da tensão apltoada ao eléetrodo porta que pode ser modulada e ente. reacção reoox é acr i.vaoa, lateral ou verticaImente, pela corrente elecfrordca que se estabe1sce entre o dreno 15) e a fonte (5), que leva a uma variação da oonduti.vi.dade electroniça do materi.al elecirocrdmico (2) de várias ordena de grandeza isto é> de não passar corrente entre o dreno e:a fonte e passar a haver passagem de corrente a que se associa também.: uma mudança brusca de cor, que se mantém, sem aplicação do campo electrico a da corrente induzida, que lhe deram origem ou volte ao estado originai, por i.n ver são do: seu tido da corr ene e ou da teu são a p 1 i cada ao eléetrodo porta:, Isco é> na presente invenção a região de canal, do transistox (2) e o eiécs rodo porta .(4) encorn.rem-ae li gados i ou i c amenie, a:t ra: v f: s do ei e c t r d: 1 i to i:3i o cem ou ser presença de uma: membrana ultra, finai: (?) mas não se encontram ligados electrorii ramente,

Pa presente: invenção quando o substrato é flexível., de origem poliméríoa ou de papel pl), a sua funoroaailzaçáo faz·" se embebendo o mesmo com uma solação de nanoparticulas de um Czído e 1 ectroerdmice e um sal. fver figura 2) > Cora:rar 1 amente adis d 1 s p o ed: 11.2 PS: el e c troe r dmi co s oon h eç i do á, em que pa r a a 1 Cm de ma t e ri a 1 ; ei ecr recroe i e o: ue ce ss ã ri o ter-se um electrdiito e em contra eléctrodo, nosta invenção tal oao é necessário> besta mesiaa tace fonoionalisada cot oca-se, por uma técnica. de deposição física, q ui ai ca, quimico-risica, segando am ciado padrão, as reqioos de dreno e fonte {5} eonstiruidss por ara metal ou doido semicondutor degenerado, irmmgânimes oa orgânicos. Na outra face do substrato deposita-se, por uma das tecnioaS: acima mencionadas o elácteodo portai (4), de natarena organioa ou inorgânica, mas altamente condutor» destas coridicoe s, o a afo s t r st o 1. nt eq r a o próprio di spcsiti vo qae é acre o sust cativei <. do; caso do substrato não ser foaoioaai irado o fabrico do transístor elsctrocroslco lar-se depositando sobre o s obs trato o 0o ri i nn t o do camada a gaé 0 o o n s f 11 c em cie lioe r do com o .indicado na figura 1 onde se atilítãm ilhas de isolamento (dg coastlioidas por materiais 1solantes eieetrieamenfe e não eieotrocrómicos gae também sernem para encapsular e dispo si t i to final, podendo ter uma membrana nitra fina (1} ; entre o eléctrodo porta íi) e o electredito (3}d Ha presente invenção a estrotora do transistor de filme fino pode ser lateral ou 'vertical, de acordo com o referido na-dlgara-d'»......................................................................................................................................................................................... da presente invenção os materiais eiectrogrbmicos, os ma te r lais ele c t r ó 11 tos, e o si m ai te ir lia I. s dos eiécl rodos iqu s constituem o dispositivo poderão ser orgânicos oa inorgânicos processados por tecnologias de deposição física, guimi.es e fiisioc-guimioas ; de filmes: finos ou espessos, reaotivos e não recetivos, roa li sadas a temperaturas desde prósimas da romper ai ura ambiente a temperar ura a de ISO ‘tCÇ nomoadamonte: * deposição terras ο 3 resisti ta ou por canhão de olectrões em vácuor * decomposição quimica: de vapores ase lo tida ou não por pl a ara de radíoírequência ou tJ.BF; 8 aquecimento em vácuo? * crescimento atómico epitarial; * deposição por jacto de tinta; * sol gel * pi rô li se * emui são quimica.

Es tas técnicas permi sem o crescimento cont rolado de filmes com espoas eras ; entre os 1 um a os 50 um, de os ser ia is or gánicos e 1norgânicos.

Sumário A presente ittenção descrete um processo de fabrico e criação de um transistor de filme fino eioctrocròmsco que incorpora um filme fino : ou espesso como substrato (1) , de origem orgânica , inorgânica ou mista, funcionai irado ou não oori um material eiectroixto .03;) sobre o qual. se d ecoas ta ou não uma membraria ultra fine. fo} que o separa do eléctrodo porta )4} que ao tuam como: dio 1 ectr ico, o mataria 1 ei.eot roo romã o o (.2.).. como semicondutor actsvo da região de canal a em que os elactrodos porta fé}, de fonte (5) e dreno fS> se baseiam em. ma t e r ia. is me tés s cos com o Tí t S:n. io, o Our o, e Ai umi n i o ou 6r.c dos semicondutores degenerados como o oxido de índio e lince, o cai do de ti eco dopado com Gálio, ca.raptar irado por o processe de controlo do funei.onamenfo de dispositivo sa fator por corrente eiectrôni.ca e sónica e a comutação do estado desligado para. ligado eu vice-versa sor acompanhada per ume. variação de cor associada ao material ais c t r o o r omi c o..

Orna. reallsação; preferene.iai da pr a ser· te Invenção tem a caractaristice ;de o filme fino que; funciona corno substrato (.1) poder ser fanolocalisad© com rol soões eontondo o material eleotrocrómie© e © ©aterrai ©lectrólitc© cassando a funcionar com© componente nativo do transístor d cri errado de e leot r ©I rtocròmi cg .,

Uma outra rea 1 v.ração preferenciei da presente intenção á de que o material funcionalirad© que funciona coar© substrato (!) poder ser um vitrocerâmico, cm polímero, folha metálica ou papel, que se designa de substrato e 1 e c t r o 1X t o c r dra i c o cem. espessuras ent rs os d e os 500 ©1 crómet ror,

Uma outra real i. raça o preferenciai oa presente intenção te© a caracter lstica ; de incorporar um ou ma i s compor ernres adicionais, de origem orgânica ou. inorgânica, co© caracteristicas; eléctricas de ura metal ou semicondutor degenerado fi,; 5} , material eleotroeiomloo (2), material eleetrôiito (3); ou de adaptação, em estruturas singulares, compostas ou dei ©ui ticamada, de modo a real irar disposrti vos a ctioosde do i s, três ou qua t r o t erm.ina 1 s Itib r I cos, singulares ou Integrados, que sorvam s imiti tareamos te como ohate de comutação e dispositivo elecc roer 6mr.ee, co© mu dança de cor,.................................

Uma ainda outra; realinação preferencial da presente invenção tem: a oarãdtoristioa ώ«?····^ροίΡ3.^····^:θ····®ηΡ^ΡΓ:άΡο···η·ί;} uma película de passi.vaçáo ou adaptação { 6} antes de se deposi tas qua 1 quer outro olamento componente do dispôsítite finai. ou tântalo e

Uma ainda outra rea.;.::. ração ainda mais preferencial da presente invenção tem a caracterisr1 ca de a referida camada de p a seiva: cê o o n adapt ao a o a a © i: i oar eorpree u dor ma t er I a I dieléctrioo de elevada resrstividade eléctrloa., em particular dom espessuras ; até 2'SDOD rd.cromer. r osque incluem cridos amorfos muitiçompostos de tântalo e s iIi cio, alumínio ou tâncalo e hâfnio ou fluoreto de magnésio ou oxido de zinco ou de polivinil ou de uma resina: coeso o po I imet i Imetacrilat o,

Uma realização ta a bem preferencial da presente intenção teia a caracteristica de compreender a deposição: de componentes por um ou mui s dos seguintes métodos: por evaporação térmica resistias cu per canhão de el ectrões em vácuo, pulveri cação catódica. de corrente continua ou radio frequência ou ultra alta frequência assistida ou na o por magnetrão,, por deoompeoiçao quimica de vapores ass:atida, ou nao, por rádio frequência ou por ultra alta fsequência, por impressão a jacto de tinta, por emulsão química ,· por sol. gel, por piroli.se, por deep coat.ing -

Uma outra realização preferencial da presente .Invenção tem a cara ct e r í St: '£ dã de de po a 1 í: a r f limes f 1 nos de a cd r do d Cm desenhos específicos dxreefamante impressos por resina protectora antes ou após o processo de produção, per utilização de máscaras ou por máscara mecânica ca per escrita directa sobre os materiais depositados sobro o papel.

Uma .ainda outra: realização preferencia! de presente invenção tem. a caracieristica de depositar componente ou componentes condutores: {4 O d) compreendendo material orgânico ou inorgânico, metálico ou óxido semicondutor de elevada condaIIvidade.

Uma ainda outra realização ainda ma is preferencial da presente invenção tem a oaracteristica de depositar componente ou componentes ei ect roer om. 1c os (z) compreendendo um material inorgânico ou orgânico fónico singular ou composto < uma. a::, nda outra realização ainda ma 1 s préferenç:iai da presente inteddãe tem a caracter1 sti ca de depositar componente ou componentes erect reli tos {3} compreendendo ura material inorgânico xbníoo sínguiar ou composto ou orgânico ou uma membrana ultra fina (7) inorgânica como o dxido de rinço ou os áridos de tântalo e silício ou tântalo e alumínio ou tântalo· e i náfnio ou orgânica como o polivinil ou p o 1imec iImet aor1iato,

Uma real 1 raçao também preferencia..). da presente intenção tom a car&cterlstica ide encapsular c oi soosltivo tina 1 por um. dioléctrico inorgânico ou orgânico ou por laturtaçacc A presente inuançao descreva ainda um transisPer de filme fino a c tivo eiect foorômico que compreende um supor t e, que pode sor cie filme fine ou espesso (1) , tanto como suporte: ou como suporte funcional irado em volume (1,2,3; do referido dispositivo, designado de substrato electrolitocrômico, t or nando~o a ut o asu s tootável.

Ume ainda outra; realização preferencial da presente invenção tem a caracterrstxca de o substrato (1) poder compreender material celulósico natural, sintético ou misto»

Uma outra reailitaçâo preferencial da presente invenção tem a caraoteristlca de compreender adieionalmente um ou maia componentes, de origem orgânica ou inorgânica, com caracteristioas leiéctricas de um metal (4,5), siecrrocrómico (2í , electrôliro (U), em estruturas singulares, compostas ou dâ mu11 ioamadá, de modo a rea i i sa r dispôs i ti vos eleccrocrómi cos ; setivos, par t i ou 1.ament.e, transístores de filme fino ; eiect,rocrômicos cu matrires acalvas a 1 e o a r odx omi ode r............................................................................................................................................................................

Uma real iraçao também preferenci al da presente invenção tem a CS: r acc e ri st. ica: do o c omp o n en t a cu o ompcn en t e s cond ai .o: r e a (4, S) compreenderem mater :: ai drpânico ou inorgânico* metálico ou Crido semicondutor de o leoa da condutividade, doa ainda outra; realiraçao preferenclsl. da presente invendc ter a caranterior iça de o dispositivo ter a rorra de um transístor de íimo fino electrocremito oapaaes de cornotarer do estado 1 coado para des 1/1 gado coo mudança de cor. dava ainda out ra real .1 a ação ainda avais preferencial da presente invenção tem a carac cari ataca de compreender depositados sobre a material electrocrósdco que constitui a região de canal do diapositivo doía materiais de elevada con d u t i. vi da oe per! e 1.1 amen te igua is em 1 ermos de c o n dn ti vi da de e separados entre si da; distâncias que podem ir dos inm a 1000 um, designados respectfvâmente de região de dreno e região de fonte; (Sb*

Dna real iracâo também: preferencial da presente 1 avença o tem a cara e t eria bi ca ; de as; r egiõe s de dreno.......e.......f onte iSi ser em cons i. a r ui das per um material, orgânico ou inorgânico com condutiridades de peio menos tris ordens de grandara superior à do material elect roer osd eo da regido de canal 02) gae tem atiliracâc como regidas de dreno e fonte (5) do transístor de filme fino electroerômico. uma outra realicação preferenciai de presente invenção tem a caraeterlstica de a região sob ov.v acima, da região do canal ser constituído; por um material electrolito (3) orgânico on inorgâni co, com ; condot i vidados de pelo menos duas ordens de gra nd e ra supe r; i;o r â; co; ma t e r; i a 1 e i e çt roer vim i c;o: no esta dg onidade T2).. dma realiração tombem preferencial da presente invenção tos; a earacteristica oe eléctrcdo porta ti) ser contigno ao eleotrólito ou estar depositado numa das faces do substrato, q s a n dg e a t a é fu n ç.1 erv al i; r e do;,

Antecedentes da invenção € on v en ci ona 1 ssii te en t en d e- se por dl s po s i t i. vs eiecrroeròrnr.co ; um. sistema que inclui um material cujas caractet.ist.itat optlcas íe.g, a cor) variam quando coi oca do sob uma diferença te potencial, do decorrer do processo eiectroquimico {acv.ivaçáo do electrocrómlco peia diferença do potencial onde ; o material sofre uma oxida cio ou redução -perca ou ganho de eleofrdee reapectívamente) existe um fluxo de csrgs que ê necessário compensar com i presença de um eleorrólr.vO - ; mistura de substâncias químicas (ides partl.cnlas carregadas nega11 va e poSitavamente) que tem a capacidade de se "moverem" entre os eiectrodos, for £ím, e para completar o circuito é necessário uma substancia de dalanço de carga eléctricSv Ά função deste ultime elemento é acompanhar o processo eiectroquimico do eiectrocrpmioo em termos de electrles. [1-4}

Os disposit 1 vos electrocròmicos são rormalmsnte usados: em substratos de vidro ou. plástico s aplicados a j ane ias n orne a d ama n te :ns i . n d u s t r i a de construo âo c i vil e a ui ombee li sendo a íunenonaliraçao dos substratos e sua integração em dispositivos ao vi. vos uma inovação * sara além disso, desconhece-se a existência de quaisquer dispositivos tr'ansistorirad.os electrocròmicos como os que aqui.· se troo bem v.............................................................................................................................................................................

De seguida, passamos a descrever o estado da técnica e patentes anteriores a esta: invenção com a qual possam estar relacionadas.

Em termos de invsstiqaçi© e desen vo."l vimenio ou de aplicação, descpnheçe-se qaa 1 quel: aoti v;ide.de que esr e ja prdx 1 me ou corresponda ao objeoto da presente invenção, nos seus aspectos de processo integrado, produto e ut.il is ações resultantes.............................................................................................................................................................................................

Da busca etecruada encontrámos as seguintes patentes, que contempla® d ή sensitivo o aiectrocrorrd. cos clássicos, dos quais damos a1gnus exemplos; O documento US 200 8/02 97 87 8 Dl refere-sa a um dispôs iti.vo eleetroerómice que inclui um substrato orgâulco fibroso, que .nada tem em. comum com o diapositivo t r a n s 1. s t o r 1 s a d© s eiectrocr6mico agora proposto. G documento PCT/PT2009/000098 refere-se ao processamento de elementos eléctticos e ou eleotrenicos e ou eiectrocròmacos em substratos de muter1al celulósico, diferente do objecto da diferonte 1nvenceo> O' pedi' do de p ate ui e da ei onai n. * X' 0 3 951 d e 2:2 DB re/sr e-sS | utiliaacâo do papel de base celulósica ou bt.o-orgãnica como suporto fiaicei para o processamento de dispositivos e sistemas da electrónlca e nao a sua integração no próprio fabrico e sustar tacáo dos dispor it imos e sistemas eleetrônicos- dada tem em comum com o aetual invento- O pedido de patente nacional 123971 réfere-se à uti11cação de e s t ruiura's de b.isoositivos:" oIsctroerómicPs como medidores de tempo de estado sólido, que nade têm a ver com. a presente invenção,

Os pedidos de patente nacional IQ9Ó8 e 10999 referem-se a transístores em que o papei ê parte aetiva dos dispositivos-C o n,t u do, neste caso o pape 1 não está í un cl on a 11 caco, n em o s dispositivos mudam de cor ou são controlados pelas corrermos iórd cas a aloct tónica. Isto é, O: objecto do invente e 'distinto"do da 1Presante'''incengio,............................................................................................................

Do empesto, condi ui·" se que, em termos de crração de produto e processes mencionados pai presente invenção não uniste, que seja do nesse conhecimento, qualquer pedido de patente ou rosaltado publicado-

As patentes e reíerências referidas, correspondem ao estado da técnica da área a® que: a preser r.e invencto se insere, oon a qual existem a 1 gn ns pontos periféricos de contacto, e® termos de processos: e materiais- usados e o facto dos processos e tècni cas do fabrico, em alguns casos, seroe sAnilares. do entanto, desconhece-se a existência de trabalho e patentes: ou ;pedidos de patentes técnicas que foquem o oc jacto cio presente invento : transi st or elocer ocrórnioo asando substratos funcronalisados ou nao fcncionaii sados, A pr e se nt e i nc enç ã o oon s is te.........na cr lapa. o de u® soco dispositivo activo que serve simoií. aneamence corto chave do comutação e de dispositivo electxocromico, uti1irando suo st r a té a na o f án cio® á Xis· a d d a b u" tubo i onsi t f a dos , isto é> PM que o próprio éabstroto oonti® no seu volume os matéria 1 s electrélitos e os electrocromicos, como por exemplo polímero ou papel celulósico natural, sintético ou misto, desconhece-se, na forma laboratorial tentada ou realisada, a realtraçao deste tipo de dispositivos, Estes síc o objecto contrai da presente invenção, na quai resulta urra qualidade híbrida mas ainda assim monolítica, e® termo? da Iniegraçáo de comoonentes eiectrónicos qu e produzem efe1tes novos e acrescentam, um valor novo na aplicação da invenção, que não está presente: ; noa sis temas compreendidos no estado da cecoroa.

Breves descrição dos desenhos

Figura 1. Vis?: a esquema tica de um transi ator de filme fino eiectrocrómi.co depoa irado a® substrato nao fure lona ideado: 1- Subatiato orgânico· ou inorgânico de elevada resistivIdade elPotrica ou re vestido ou passivade com um filme dieleetrico de levada real atividade ee o c, r .1 ç®.; 2Material: eXectrocrõm.ico, de origem orgânica ou inorgânica; 3·" EléCtrólito de origem orgânica ou inorgânica; 4'·" Eléctrodc porta constituído cor material de elevada oonduii v i da de elèctricaf orgânica ou xuorgãn xoa 5"· Material; do elevada conda ti ti d a de eXêctrica, do origem cr gân roa ou inorgânica que constitui. as c sarna doe regiões de dreno e tonto; F- Ilhas, do isolamento eléctri.co constituídas por um ma t e r i ai: de m.u i to oi ove da r e si st Ôncl a eióctrroa que tarso em é usado para encapsuiar todo o dispositivo; 1™ Membrana; nitra f ina de um material inorgânico ou o r gân 1 oo; st rates da. q uai se tas em as tr o ca s 1 dn 1 ca s que com durem à migração de iões do material eleoirorito para o material electrooromlcc dando lugar á reacqao redox reterslvel

Figura 2. dista esquemática, da estrutura feástoa de um transi ator: de filmo eiect rocròmico, usando um substrato tonei errai irado, i designado de eieotroiitoorbtd.oo.

Figura 2. dista esquemár. ica de t rsnsi 5 r.ores de filme fino electrocromicos; depositados sobre substratos não fu acionai roucos, de e s t r u tu ra lã oe r ãi o u de r t i d á 1, o omo se mostra na figura, li sota indica o sentido de rotação a dar ao conjunto ei ect ró.l i.co e eleclrodo porta, para se obter um dxspositivc de dstrutura vertica1.

Descrição detalhada da implementação preferencial da presente invenção A presente invenção assenta dum conjunto de tecnologias q;eim.i,:cas, qnimi 00 ti e i oa s ou f i a ica a ooaduoen t os d prepar a ção e deposição de soluções contendo nane parsleulas de um oxide eleodroOrondsc \i"2j , cím dimensões até 2D0 rn, á qual se pode adicionar um sai (eiectrdiito (3)à para as funcionalirar s também para se producir e depositar os materiais que constituem os eiéctrodos porta (iv s de dreno e fonte to j , para além das lidas de isolamento l'6K rara alem disso, recorre também a processos de deposição de eiéctrodos transparentes, de origem orgânica oo inorgânica, reaii radas a temperaturas prdrimas da ambiente ou à moita de 450 °€, por tmia técnica conhecida, prsterenciaimente dc tipo impressão a jacto de tinta,; ou spin coating ou sol goi ou atomicaçào ou pi rdli se ou pa1ter i raçao catódrca de corr ente cont inu a ou de radicfrequênoiaiou deposiçam térmica resistiva ou crescimento atémico epi.taxi a I. h presente invenção consiste na utiiiração de substratos de diferentes origens e composições ou de substratos fnacional r nados, ser cindo simu Itenearuente como suporte físico e material siectrocrdmico, designados de eiectoii cocrõmicos çppducindoaç criaçapde trua a i,s: t c res bp filmefido eiectroo rdmi cos, em que e temperatuda. do processo de deposição é oompatdvel com o tipo de substrato selecciosado, â presente invenção é susceptitel de conriçurações distintas consoante a aplicação especifica pretendida. Iate é, a presente intenção corresponde á criação de um noto aispos:tico que apresenta um conjunto da: funções inovadoras de ·p:vps :d ispos iii tos e 1 e ç t r ocromi cos activos que a tratéa de utiiiração de novos processos inovadores, permitem novos produtos e s is temas que envolvem marerrais coso polímeros finos como o mg 1 a t ou o papel: na: dopl a: f un çâo de s up cr te físico e componente de disposrti vos aetltós:. 13/33 O pressnv.e inverno relaciona-se cor a cria ç ao e fabrico de o o nove 1; rans i stor de filme fine; eiecirocrdnico usando substratos funclonalluiades, designados de elecucolitocrôrnicos ou nto tuneionalisados, germdca.ment o designados <le sabe tratos, de ;diferentes origens e oomposiedes, rigrdoa ou fleslveia, tels coso õ sylâi, papel, vit rocerâmioos e outros, processo para : si. muilaneamense serviret ooPO chaves de comutaçao e permitirem tentem a coinitaçáo rápida de cor, na passagem dó estado desligado para o ligado, Deste modo será possível constituir mafcrises eiecfrocromicas séticas em que o pine 1 e a o há v:e de ddnblt ação d d frespondem a d t d ánó i s to r de filme fino eleotrocròmxco. Deste modo e possível produzir matrizes aetivas de grande área e com tempos de comutação inferiores a segundos, 0 que náo é possível com. os dispositivos e1ectrocrdm1cor conhecidos, em que para grandes areas os te-mpes de come taça o da cor, podem;, sor de vários mi.nu f os,

Com este invento é pcsorvei taorlcur-.se mostradores acu: i vos, d i/iâmicos oc estáticos (nas s i v ο ο I > em suoe rf í ci es com con trolo de trunsml tâucla inteligentes, como para brisas e janelas oe automóveis ou viseiras, rito possível., com os dl spos 111 v os d d: h uai s, duo demoram miu i to. tempo, xmlá te s que quanto imaior a: área maior a resisti vacado dos componentes associados e assim maior o tempo do comutação na passagem do dispositivo da i forma transparente ao olho humano ao de transiácido de ; cor escura ou outra, função do tipo de material, e lectuocrcmu.co usado e da cor respondento reacçêo rodos guo tom ; lugar, Deste sentido, o presente invento corresponde a um salto· qualitativo enorme do estado da arte a o c ua i,.,.............................................................................................................................................................. (rigíde ou 0 dispositivo e constituído por um substrato flor. i ve 1} , nã o fu no i on a 1 i caco ou fu oc: ona 1 i indo,

Mo caso do substrato não ser iancionalisado, cada transístor que tas parte do ama eventual matrir aotiva (ver figura 1| é fabricado a partir da deposição da um 6aido semicondutor do gene rada eu retal, o rg 6 arco ou inorgán i co (4), sego.ido da deposição de um material eiectrolito orgânico ou inorgânico (o), um material aisctrocrómieo (2; orgémeo ou inorgânico; a deposição das ilhas de isolamento (6) e da deposição das regi dou; de dreno e fonte ÍS), usando um seameondutor degenerado ou ;um metal, orgân1co ou inorqânico, usando quaisquer das técnicas de deposição anterdormente reierenc iadas.

Mo: f ορ o do ui sposre iro é bp cional a eb 1 o o a o ã o d e um mu te b r'11 coam agente protector te) , como por exemplo a iaminscão ou a deposição de uma película protectora mamo fluoroto de magnésio ou compostos amorfos de de óxidos oe cântaro e silício ou tântalo e alumio ou tântalo de héfnio, 0 presente evento faseia-se no facto de um material electroerómico sofrer alteração das suas propriedades ootioas quandosugeite ; aamedlferençade:potencialdeterminada, estática, dinâmica ou instantânea< Os materiais eiectroorómioos; podem set divididos: em duas ciasses: oxides 1 noxgén i o o s e ma to ri a is o r g I n i c os dma ou t r a c 1 a s s i' f i cação rei aciona-· se com o potencial a que o processo de coloração ocorro Erro! A origea da referência não foi encontrada.. Assim sendo, ; os óxidos elootroorómicos (materiais inorgânicos} podem ter coloração catódica quando o estado de c ol g r ag ao ê i n d uri do por tensões nega 11 va: s ocorre rido em óxidos da Ti, Mb, Mo, Ta e W ou coloração ano-dica quando o estado de oolófaçao é indusido para tensões positivas

oçgnrentio em óxidos do €r:, Mn, Fe, Co, di. Rb e Ir Erro ? A origem da referência não foi encontrada.j , todos eles óxidos do metais de; transição, A raecçao redor, para um eiectrocromico Inorgânico é dada pelas seguintes equações gerais:

Colcraçéo ca tadies ; yéf + ye" 1 féCç ) incolor) <v PvPCglcolorado) ..A' - .«'% id. 'd Ma'%: Ag', Ço1oração a.nôdica;

yjf yh' a MC.% nine o ler) iylvCy ; colorado) , A"=== F", CtT, ΡΙΓΑ 0 < j < 0.3. onde a letra M se refere á e s pécie me tá li ca presente> O ao oxigénio e y i e x às r espect loas percentagens ruo tare a prooentes na reacção ene leva à alteração de com

Sara além dos imateriais inorgânicos, temos de considerar também os material.a orgânicos, nomeadamente os mar.errais que na última década se descobrr.ram c ene exibem propriedades eieetrocromtcas srcapciorsis como os vialoqéneos.. qne possuem uma o ara c te r i sr.ica ba errante atra c t i va que cons i ato na possibilidade de adquirirem diferentes cores consoante a introdução de diferentes substituintes nas suas moléculas.

Os elecv.rocrómicos poliméricos, também, eles pertencentes a esta classe, possuem algumas vantagens quando comparados com. outros ma te ri. ais eicct rocrômibaos. Os custem de produção e desenvolvimento ;destes polímeros sao geralmente inferiores rei ar mamente aos materiais e .1. e c t r o c r dm i c o s inorgânicos cuias PaXioulas são norma Inerte depositadas por processos: como evaporação térmica amaistida por canhão de electroes ou pu 1 ver i a a cão ca t.Pdi ca ass is tida ou......não por um.....ma g unirão ou por crescimento molecular epitaxial eu per decomposição qud.mi.cã de vapores assistido por em plasma de rádio f r e qu ê η o ! a. & possifci 1 idade do mesmo material poder a pr o sentar cri f er e n t e s cores ccnóosíáte cr •cisme ocos aot tvadeies ou estabi lisa dores adicionados ao polímero, constituem também: uma grande vantagem: face aos outros eiectrocrom.icos existentes, Um exemplo deste tipo de material (slectroorémicd: mui v. iccr) é a poi ian111 na que com o aumento sucessivo do potencial, anódico, a película: transparente altera para verde, azul e púrpura, Os electroerómicas polxmértcos como materiais orgânicos que si o, apresentam-se na sua grande ; maioria come quimicamente instáveis e com elevada sensibilidade a radiação UVt sendo esta a razão pr incipai do diminuto tempo de vida útil de um dispositivo n uma aplicação em ambien te e>: te rn o (fora de port as/ . O processo de produção dos materiais acima descritos baseia-se em t é c r: i e as i cu i mi. cas. físicas ou f 1 ai co-g ui mi ea :sta i s como decomposição guiam ca de vapores (C?D Cbeei ca./ Vapor Deposj. tiorb} í, 1] ; decomposição quiri ca de vapores assistida por plasma de rf (PúCVD, ver figura 4} , laser pulsado í r j; sol-gel. 11,10,1; ; técnica» de: imersão; plrollse atomízada illj; pui ver i. ração catódica tlf-li] :em cor rente continua ou rádio frequência, com ou sem a presença de um magnetrão; evaporação térmica por filamento aquecido ou canhão de electròes [6] ; cte st imen t o e 1 ee t r oqu i mi o o [ 6,: 151; impr essão por tacto de tinta [ 1 €; , solucei; deep coating; pirelise, entre outras.

Os transístores de filme f in o e 1: éct f OerÓ m icos ob] e oto da presente: patente: necessitam, para alem do material. elootroçrbmiçG, ; da incorporação de um material., designado de marcador (eiectroiito ou condutor tónico) * Este material, através do movimento das espécies tônicas que atravessam o matéria.! eloctroc; 6mico, irá .modif icar: a densidade eptica (coieraçãoj do mesmo. Assim temos que: yA" - ye" e 00:, (incolor) OO AybCu / colorado) (5) em que A1- fp ,......L 1',.....A a -,.......................................................................................................................................... eiectre orem ice : utiliza as propr1 edades da varlaição da corrsnts iónica: a eieetronica que promovem une var.iaçao cie cor quando o dispositivo comuta do estado desligado em que a corrente que passa no material eieciroorCoico é mnito caixa para o estado de ligado em que a corrente aumenta maia do que uma ordem de grandeza, provocando nma alteração de cor do óxido ireceção rodou; , de acordo oom a equação 5 a que corresponde a : uma a iteração brusca da cordutividade eieetcónica do mate ria 1 eieet roerómico„ -Q t r ans is t o r de filme tino ei © ot c o cromico de es f rutura lateral, tal como se mostra na figura 3 é constituído de uma tira estreita: de em material etectrocromico, esteqci omér.r ico du niãd,: tal como d óxido de tgnqgteπlo lWCq( cors 0, ia3] que defino a região de canal do transístor, 0 eléctrodo porta encoriiru-se ligado á região do canal acrares de um material eieetrolico, asteqaíemesrico ou não:, tal como o perciorato de Iltio cLÍÇivy, com 0,5<yói} ionicamente: mas não eieetrcuicaments, isto o a aplicação de uma tensão porta faz com que apareça uma reaogão redox no seio do material eléctrocrómice, : que é acoitada, da região de dreno para a r e g i ã o da f o n r ;e , a t raves.......da o o r r en t e; eieet ronica.......que se eotameieco, conduzindo à a iteração de cor de toda a região do nanei, designada de pixai da matriz, rara o transístor de r 11 ca 1 (simli a r me n t e du que acontece a uma: janela electfoordmioa}, o eléctrodo porta: transparente é posicionado· acima cc eiactrclíto (ver figura 3}, de acordo eoar uma das equaçdéa de 1

Em qualquer dos: casos, o fluxo de corrente eléctrica entra a fonte e o dreno: (Sl e modulado peia variação da resistência da r e g ia o d e c a na 1 (ma te r i a I a 1 c c ir o c r dmi cc) de v ido a r e a colo redox induzida pelo potencial- aplicado ao eléctrodo porta que estabelece uma : corrente tónica entre o eieetréiico e o ma te ri ai ele ctro c remi: cc, a 4. aar exemplo, quando se usa um material eieelrocrômicc inorgânico como; por exemplo © d Cu quando o potencial aplicado ao elèctroao porta ê coro, a correm:e de porta; è também pero e o dispositice está: no chamado estado desligadov Quando o potencial aplicado ao eléctrodo porta, o diferente de ce.ro {dependente da; ρ ciar idade do material eXectroorosúooi o Paferiai fornamae condutor a a soa cor altera-se. Situação i nversa ocorre quando o matéria], eiectrocrord.cc é orgânico -

Em rermos de ;funcionamento oo transístor de filme fino ad ectrccrfmico, ; u.m parâmetro importante á a srioiincla de co1 oração -CE; , expressa em cnrC": que determina o comportamos f o dpi1 c o Ϊ d oe ma torrais ο 1 ec t r o c r dm i c o s em r un cio do estimulo, no caco presente, o campo eléctrico. Para a determinação deste parâmetro, c total de caroas id jeotadas/extrâidas por; unidade de área assim como a densidade corroa ($$&} dotem ser conhecidas. Ά dens.idade ;dptrca. roeu 1 ianto do fInxp dc c a r ga s será dada por: : S0p- log {T0CaP/Tí;(a} ) ilí em q ué' ff-, repre sèa f á: a' f t ά nitrai f and i a iniciai........o.................é t r ansmd. t â a ei a ; aoó s a C 01 o r a o ã o, para um determinado comprimento de onda Λ.. á eficiência de ooloraoae e determinada pela sego ince equação: .........CE; 1Ç e... <>0 p (i )jQt................................................................................................................................................(§) em que Q tradut a marga transferida Erro! A origom da referência não foi encontrada.f6],

Para .além do material eleotroeromioo e do mercador, constirui parte rntegracre do transístor de fiiiae fi.no eiect.rocrom.ico um ma ter], a 1. e 1 ec t rei i i e.

Ho caso dos elect.róiitos sólidos iroraariisos, e x 1 s t en vários, senão os cais st i 1 irados /coo vard ontos ao presente o coro o são o Id.di, L Lá LI'"s, .LióbCa., na doais a este q o 1 eme trica ou nâb, face às excelentes ioaraoterlsfcioae de penetração o mobilidade associadas ao 11tio

Os elect rói itos pc 1 américos caracteris am~ s e por posses, r como case ou m:atrir;um ou cais polímeros. Do entre os saís ma is utllixados e estudados neste ripo de electrálítos encontrcc-ae o LiOiQ.p ; Liif liBx, Lidsdt e Im.C%BCb, na forma estepesore u r 1 ca oe na o. A grande vantagem deste tipo de e teci rd latos é a poss ibll idade oe a c t sarem t ambèm como &g ent e encapsulsdor.

Em rei ação às i c onda t xo idade s para os diferentes: tipos de electrólitos descritos anseriorrente, podem verificar-se variações entre C;. 13 S / cm a 1 íd,:' S/cm (para electrólitos sólidos inorgânldes e orgânicos) ,, propriedade que irá condicionar o tempo de resposta e portento o processo de alteração progressiva de cor associado a um dado espaço f 1sico, transversal ou lateral..

Em c:onfotmidade com o descrito anteiiorrnenre,.......o dispositivo poderá ser desenvolvido em diferentes tipos de substrato tais como o vidro, polímero e papei. Os materiais utilísados como supor te ou sab st rato pod em set: ou nâo..........t. ransparentes, dependendo da aplicaçeo do dispositivo.

Em conformidade; com o descrito anteriormente. o dispositivo terá. dois eléctrocos metálicos ou de eoiepertámento metálico,* que permitam a: aplioaçáo ou indução do campo elêçtrico estático e o controlo de carões, se necessário, constituídos por ma.ter.isis metálicos bons condutores tais como crómio, ti ta n io: í ρ r a t a. >a; i uminí o , o xixo e outro a compo s t os cos ba se nos elementos ; enumerados, bem tomo óxidos condutores transparentes do levada condo t ivi dade. como por exemplo, ligas de os I doo de ind.xo o si o o o; Índio e estanho; oxido cie zinco Copado com gálio ou óxi cios n u 1 r 1 c omp o s t. o s do zinco, gâiio o inciio.

Em coniormi dade com o descrito onuerioroenle.. o dispositivo poderá ou nlo ser encapsulado, usando materiais vítreos ou oolaméricos, copo por exespio, por colagem on iaavxnaoâo, Os materiais utilizados coe o suporte: ou substrato podem sor ou não transparentes, dependendo da a piinação do dispositivo.

Em confoi”: idade com o descrito anteriormeote se o substrato for; 00000:000100000, designado ds substrato eisctrolitocròmico, 0 presente invenção õria um método em que se evita a necessidade de utili. sapão de um electrólito para trocas de cerca com c material sxecrrocromico, para alem de na o necessitar ; de contra: eiáctrodo e permitir a suo: auto sustentabíiidade:. Isto é, a presente invenção consubstancia m um s ô; el emen t o; o gue s e rego f r e r i a até a p pr os a p:t s: a. c í n s o elementos justapostos a saber:: o substrato, o electrci i ro, d material eiectrocrbmico e o contra eiéctrodo, cara. a e s t r u t: ar a: de di spo s 1' t 1 vo s electr o o rémi oe se n ma oa t e r ia, para alimentagao e armamenomento de cangas, bo presente 1nsento, 0 criaçao do méuodc de tcncionaXiraçãc das fibras do papel oa f i b r a s po 1 ime r i' d a s o u o vo 1 ume: de um m a t e r 1 a I ρο I imèr 10 0^ c omo o nyiar, ou no volume de um vitrooeramlco de muito reduzida espessura (interior a 1 mm; , confere-lhe as capacidades anteriormeofe seno 1onadas, ès guoie precisamos somente de adicionar os ciéctrodos, respectivamente porta, numa das faces do substrato funcionalavado e dreno e fonte, na outra face do substrato. d e s e η ν ο 1 ν 1 me π í. o de técnicas cie

Por outro; lado, o processamento não corovsnci coais, como as da impressão por lacto de tinta ueio possibilitar ;:a escrita em papei., baseando-se para o afeito na ntiltsação de tintas constituídas por soluções ouinicas em que es precursores e r espoo tico s aditimos tenham as f anoiónali.òade fiedoO-Quimioas desejadas. deste contexto, o método de funcionali cação do substrato em que aumenta ; a: presente invenção tem por base tintas de impressão que consistem em soluções qaimicas contende nano partículas de óxidos eieet roeroniocs e um sei. como por exemp lo o Li t í P: que imp regnam as libram :do pape i ou de substrato poi imér ico ou do rit: rocerâre.co de morto redusida espessura: ou do myiar com propriedades hidrófilas, que pe im i t am uma moí bã g em rápida e em o o i ume, s egu idas: de reeestimen.tes bidrsfófoicos para pretecçâo do substrato funcionalisado lo) e permitir a deposição dos electrodos de iigaoâo ou de outros dispositivos que se queira adicionar ao sisrema, sem ;danificar as funcionalidades do sistema eieetrocrómico Puja ligação se pode fãaer por soer r ora de contactes; designados de veias-de-buracos .

Iste deseito o 1::vimentο· prορor o 1 çna a obtene lo de ma feria 1:s e d 1 sqosi civos eleotrónicos autos .-st.enráveis descartaeels de .baixo ousto e possibilita a introdução duma componente di n âmi sal no''' s ubst' r af d f η η c x o na l i sã d o.............................................................................................

Descrição Detalhada da Invenção

Como referido arrterio.hmsnte o presente inseri to relas lona-se o cm a cr ;f aç ao e:· p r o d es: sq de .f af> 11 oq de d i a pq si i impe; eieetrocromlcos ;baseados em. tranoisteres de filme fino em que a cor da regi ao ide canal, se altera quando o transístor coma ta do e st a do d e s 1 í q a do ρ a r a o estaco ligado. (ve ri i gu r as 1 a 3) , 0 d.ispositivo è constituído por am substrato (1) nâo funcionalixadc ; (figura 1) ou íunexoralXrodo (figura, 2;, de estrutura laterad ou vertical (figuro 3),

Mo caso do ; substrato rigioo ou flexível não ser funcionalirado, : sobre este deposi ts-se um eiáct rodo portei í.4) a que se segue a deposição um eiectrblit© (31 que contém: o et emento marcador, que vai. reagir com o material, elootroorómico ; (£} se depositei sobre este, conduzindo à alteração de cor observada, na forma justaposta ou em camada, a s ei e r a d a pe l a : o o r r eu te: que f 1 ul e n t r e o dreno e: a f ont e, função do modo de oporacuo do ái aperitivo, variação transversal. cia coloração ou var ração longitudinal da ο ο I ora çã ©. Mos e x t remos do d i s p os i tive (ver figura 31 são colocados elertrodos dreno e fonte (o) que quando ligados a uma bateria., permitam a aceleração, eon juntamente com a tensão de controlo de porta, da difusão dos 1 les Lio provenientes do sal do elactroltto para o material eleetrooromico, ; L difusão dos l.oes de litio depende da estrutura, es f eqo.iom.ef ria e morfologia do material oxectrocrdmico í 5, €:, 13] . Ά frente colorida é sniciada junto ao ánooo i f e rminal 1 xga.do a um pote nela I p.o si, 11 vo j e a sua progressão é tento meis rápida quarto maior a tensão aplicada,

Qaãndo o s P bs t rá f o ri d1do ou f1exr ve1 ê fun o 1 ©na i izádd, es t e contém no seu volume , de um. lado material elacfcrocrdmico e do outro, material electróllto (ver figura 2;, á funcionalização; pode ser feita usando so.luoõea gulmioaa contendo nano ;partículas a que designaremos de tintas eiecfcroc.rdm.icas : funcional i radas, a que se acrescenta um sai contendo ides, tais como o Litio a partir das quais, usando uma tecnologia tal como a impressão a jacto de tinta ou deep coa tine, ou ai ou 1 z a cão ou sol gel. ©ui ra, se c ou tare ao defesarato carasteais eicas de material electrocromi co e de eleotrólito, em simultâneo, sem necess idaos de recurso a am. contra eléctrodo, para o faferibo de dispositivos ei e otrocromícoe.

Como referido antertormento, o presente invento relaciona ~se com. um método de iabrl oo que permite criar no substrato fdnçdes adite vss e em ei mui tâneo de material electrocromico· e eleci rôlito e de armarenedor de cercas, fornecendo ao substrato i ur c1on a 1i d ade s de dispositivo ou sistema ai ectroor0rrd.ee· auto sustentável de estado solido, funções que se de s conh.ec iam a nteriorrnente è presente invenção»

Era coo £o r m i da de com o mono i o na o o anter iormente, a funcionalicaçaco do substrato com material electrocronico e eXectrólito é efectuada i.mprepnande-0 com uma uma solução química contendo nano partículas de um dar do inorgân ica e um sai, por uma: técnica conhecida, come por exemplo aeep coating ou impressão a jacto de tinta, função das caracterlstica h1 d r ò í i 1 s.s ou hidrôfobao do substrato usado ou introduti-las na. etapa de: fabrico finai do substrato, cor conformação ou outra técrrica.....similar......................................................................................................................................................

Em conformidade com a descrição dos produtos anteriores, as nano parti celas a usar nas sol ecoes de tintas, ou a ihtrodntIr na etapa Õé: fabrico do snbsfrafo corro precursores pode tão ser Inorgânicas ou orgânicas ou fd.stad<· Mo caso de nano partioaias i inorgânicas, estas serão de óridos de Ti., Nb, do, Ta e d, para; uma coloração catódica ou de da idos de tr, Mn, Fe, Co, Mi Eh o Ir, para uma coloração andoica.

Em oo n fe rmi da d e com c an t e r i o r me nf e descrito·,: as nane partioaias orgânicas: serão de vialogénios c materiais polirnéricos como a polianilina.

Lm cor.f ormi daae com o descrito a&teriormente ao furacões eieetroiiticãs ;e cia a rirooen emento do curaus sâo doai das & um sai inorgâni co que co:nte;nha Li ti.cg corso ô Livp, IdALlL, IdJibCd oa polimérioo ; d:e Li Cl Ce, LI. I f Li 3r., L.iÂcil, o LiCEuSrljf introduoláo nu; subatratc pou imersão besto cursa sole.; coo quite.cá, cor?;o po caso do papal ou c sal a introdurxdo no vo 1 eme do substrato, durante a etapa ficai do isbr ico do substrato.

Lm conivovmitíade com o d a sento aotar lonenca quando as diferentes partículas que constituem os mato Piais olectrcli t.o a eleer r o cróci.co ca o sa.o int rodeei das durante o processo do f ap r ico o d pub s t x a t o, uma Oa o í ma r SP o s ap s t r a t b como por eramplo o capei nas diferentes soluções, ceve-sa ca seguida proceder à soo secagem para moção do: sedvente o fxnalmente são dopo sita dos os dois eléctrodos transparentes (TCO) de otPos os ledos da foiba de papel ou nos extremos da região da superfície do papel preparada para ao ligarem os contactes elmétricos, Os ei d cr rodos: são ligados a uma fonte de alimentação entorna atra rés da qual se aplica a diferença de pot o-o ciai a o: di soos i t i vo * ao aplicar esta difere h o a de potoncial, os iões preveni entes do sal táo migrar para. o matériai electrrmrómioo,: a coloração acarece alternadamente de um lado ou do iço t r o lio suo s t r ato depen d onde do s em 11 dcT da apl. reação da diferença de potencial sendo que vai colorir sempre a face onde está o terminal negativo, Ao trocar a polar is ação da ifonte, os iões vão migrar através da ma trio celulósica para; o outro lado do substrato farendo com que, 8: gora, es se 1 qdp f 1 ou a colorido e o lado oposto f i que transparente. Aosim sendo, o substrato celulósico embebido com a solução anterxormenie descritá apresenta em simultâneo 4 1 unções di. f e reót es do acordo com as o a lula s ei ec t r b c r :éml o â s convencionais: sendo elas: substrato (15 , eu.ectrocrdmico (£5 .. eiectrclito (31 ;e contra-eléctrodo,

Em conformidade com o descrito anteriormcctc, o dispo5i r 1 vo poderá conter três eléctroaos condutores transparentes (porta, fonte e dreno.; que permitem a a pi i caça o ou indução do campo eiéocrioo e de cargas eiéctrica s, r: esp ect i vamen i e;

Hao está de momento compreendido em nenhuma patente conheci da ou no estado da tecadoa o presente invento, d pesquisa efectuada. em varias casos de dados de registos de patentes mostrou que nenhum, dos processos, produtos e sistemas de funcionalidade do substrato que são objecto da presente ir· vença o estão descritos no 001000--00--00001.00 .

Exemplo de desenvolvimento do dispositivo com substrato foncionalirado e substrato não funcional!sado a) Substrato funcionalirado bata o processamento de um dispositivo electrocrómieo com0: descrtantericrmente é possível a utiliração de diferentes materiais erectrocrómicos assim como sais, porém saixenta-se como ecemplo, o caso de um dispositivo dele ovo"! v r d d a' T pe f11r de Um s db st rato de papel f ciem' uma solução do nancparticulas de tri.dxidc de tungsténio (ACn) e percicretc de li tio (Ih.Ciiij} „ 8âo é necessário farer qualquer tipo de pré-mratamento nem: d e 3( impo s a η o e u fo s t r a' t cl A.pen as é nece s s arfe f o r (um s ub s t r a t o poroso com o tamanho desejado, 2 , Prespamqão de solução contínua a ser K solução de ranccarti.colas de dGq é preparada a partir de per crido de hidrogénio {&%) e de iungs rèn 1 o metálico (d) <. Ç> "W è adir:ionaidõ áo H2Cdf ai mistsra (e dei;<ada (a repousar até se obter uma solução iimpi daf em seguida, a solução è aquecida até se obter um 06 amarelo, desta fase adio ir: na-se ácido acético, A solução contínua a ser aquecida até total evaporação do solvente* 0 po amarelo obtido é disperso em etanoi anidro» iEsta dispersão é peixada a repousar durante vários disso Segui, d ameis te é adi cronado pee: clorato de li tio. 3» Deposição da solução no substrato 0; Substrato é lotai mente mergulhado na solução arn.ericrmente descri ta durante 1 a 5 minutos» Seguidamente seca-se o substrato numa placa de aquecimento entre 50 a 100°C durante 45 a 75 segundos» 4 v Deposição dos eléctrodos

De ambos os ;lados do substrato descrito antériormente é depositado os eleoarodos peita de drene e fonte* naando uma máscara medãníca ou escrevendo-os por técnicas de lacte de tinta ou ptilirando as técnicas litográficas conhecidas e materiais transparentes na região do vrsivei; como por exemple 110 (óxido de tndi.o dopado com sincoi ; 050 (oxido do cinco doe a do c cm qã i i c) ; ox i dó muii 1 c ompos t o de zinco, qá i lo e Indi.o ou cinco gálio ou estanho ou entro s imi. lar, com propriedades electricas de semicondutor degenerado, por uma d a s t e ou t o a s a U t e r i. o: rrse n t e me h e .1 do a d a s , com o p o r e X empl o a técnica de pulverrração catódica â temperatura ambiente* h) Substrato não funeionslisado

Mo que seque dá-se um: exemplo de fabrico usando um substrato uitrocerâmrco e alguns dos materiais que podem, ser usados para a criação e fabrico do transístor de filme fine* 1 * Preparação do substrato rígidos tni ei: a 1 m:e n t e é me r g ui hado em á: 1 c d ql i eopr ob .1:1 Í:oe a temperaturas que variam entre: os 30 °c e os 50 ®C, sendo para este exemplo eucoibinu a temperatura de 50*0 em. ultra-sons per um. per iodo de 15 minutos.; Após este tempo o substrato e retirado do álcool e mergulhado em. agua ultra-puxa a romper aturas entre os 40°C e es 65 SC 50 por um período igual ao anterior, Fosteriornenta J: a safes trata: é seco com jacto de aroto - 2 < Deposição do Sléctrodo por ta

Pela técnica de;puiveriraçao catódica aseistido por magnotrao a remoer aturas ; qse ta riam entre: a. anibrer te e os 450 cC ueposr. sa-se o : ô.xldo semi.condutor degenerado de e i evada condoí, rvi dada, prefereocialmente com ama estrutura amorfa, de acordo com cm padrão, que pode on.roiter uma mascara mecânica ou. processos litográficos como o frit-oir. De sege ida procede--· se á sua iimpera, de modo a prepara a superfície assim revestida, para a. segunda etapa da fabrico. 3, Deposição das ilhas de isolamento

Feia mesma técnica de pulveriraçao catódica assistida por magn etrâ©u por: impressao por jacto de t in ta, proce d e se á deposição, de acordo com cm padrão, associado a uma mascara daocani ca ou de f ot o-res i s i:e; ou por escri ta directa um material isolanta como muiticompostos amorfos da tintai o o si liei o ou: târrtaio e ai uminio cu tini. aio e hâfnio ou polimérico como por exemple o p o i r me t i i m e t a c r i 1 a t o FFSMIl. Deste garante "'Se o isolamento eléctrico do eiécv.rodo porta das camadas que se seguem, nomeadumente os materiais . e i e c t r o li. t p e . o..: e Xeot r o o xfem i o o,................................................................................................................... 4 * Preparação do electróli to polimérico

Fo interior do ume câmara de luvas com atmosfera controlada, dissolve-se um imaterial s.l temente ssnsivei ao processo de acumulação do cargas, como por etemplo o perciorato de litio ÍLiCL0,q praviamento seco em feropíleno carbonato íPC) , solução d- numa Fáraieiemente, e dissolvido c material orgânico que vai funcionar como ; material eleotrolito como por oremolo o po X imoti Imet ao r ql a t g (feMfeâ: | era q ç e ta t g de et i lo proporção do 1:5 a 1:10, Firmlmenta & solução anterler ê rd. s tarada em lh.id Om-Pil Í1M] numa. proporção do 2 ; S a 2:10, de forma a se incorporar o meroadof 00 e 1 ect rolito<.

Todo lato é feito segundo um padrão de máscara prçtiamente desenhado, 5. Deposição do material electroerósiico {WOx, 0<x<3) O trlóxldo de tungsténio è depositado, sobra a estrutura, asando o mesmo padrão usado para depositar o eleetrôl1 to, som as correspondentes tolerâncias associadas ao método de gravação usado,; por ama técnrca de deposição fisica como a evaporação tèrmioa resistira, por canhões de eieotroes, pulverização catódica 00 por um processe guimíeo, tal como impressão por jacto de tinta ou soi-gei oa pirolise 00 deep coating, a temperaturas que variam, entre os 2Dc'C e os 4SÒ'-:Cd No vaso das técnicas tísicas, as razões de crescimento dos filme0 podem ser muitç elevadas, a:nperi etes a r nm,/s, e pa castos de processo Paimos, nomeadamenta no caso da evaporação térmica resisti va, quando comparado com outras técnicas de d op ot i 0 a o, com 0 ; a: evaporação t é r mi ca assisti da por cana ã o de eieotroes ou a pulverização catódica. 6, Assemblagem do dispositivo A colocação dei um vidro ou outro material inorgânico ou ir g a ni Cd tran aparente n.d : topo do dl spo su: tiro, p a r a encapsulamento, ; é Opcional, mas corresponde ao processe de sei soem e proteooâo do dispositivo, de forma a tornar o seu funcionamento independente das oondredes amdientais em que se encontra. Esta operação de encapsulamento poderá ser feita por uma técnica qualquer conhecida em processos de asoembiaqem de produtos, domo por exemplo a iãmiPaçâe

Aplicações .ás principais .Indústrias: que actouimente podem vir a utilizar os di sposat1 vos e circuitos raso 1 tantos cia utilização desta iaovação sao toda a indústria eieotrdnica, a indústria as semiconducorsa,; a indústria de m.osv. radorss planos e af io·, a and 6 st ri. s automóvel, a industria o o papei .. a industria publicitária,. ia industria do vidro, a industria dos plásticos, a industria de instrumentação e sensores, a industria alimentar, a indústria médica s de biotecnologia, a industria optem oiectrénica, & indústria da micro e nano c1octròn aca. O presente: invento tem como ohjectívo suéstltoar os acuam as dispositivos eleotrocremicos tipo diodo eiectroerornaoo por transi st ores de filme fino eleoc roer ooi cos que permitem, construir m.atrires áe grandes áreas em que o pinei ê a pr oo ria região: de cana 1 do trans ist or que mu de de cor, permatA no o construir grandes áreas na. forma de mostrador que comutem, entre o; estado transparente ou translúcido ou opaco, ou de cor, em t emp o s cia. ordem cio s pou o os se guri. dos· f cor. t r a pondo··· se a de vá ri. as derenao de .minutes necessários para comutar e estado de transparência de janelas com mais de 2 metros quadrados de área, dar a. além disso, a. alteração do estado de cor está assocoado a uma variação de vár ias ordens de g x and era, da p pr r e n t e qu a p i r o ir 1 a e u t r e p dreno e a f o n te, dando à matris uma outra funçio activs que pede ser utilizado para fazer a aparecer ou desaparecer anúncios e figuras e státicss ou uinâmicas, cem cor, simi 1 armente ao que aeorrtece oom os ao tua is ; mostradores a cristal liquido {ICOl eu com d .iodos emos sores de luz orgânicos (OLEDa „

Por outro lado, os processos teonoibgieos: de fabrico regue ri dos sâo competi reis com. os já ezi atentos na indústria el.oetrOno.ca:, ou opto elegironí oa ou de semicondutores, nomeadamense os processos dó pul ver i zaçao catódica para grandes áreas, ;Oa de evaporação térmica ca da sal "-gel ca de jacto de tinta, adc aacecsá canelo por cossega 1 nt e, da invesiimertoa eievaaos, eia termos de pescaisa e adequação de tecnologia.

As vantagens técnicas proporcionadas com a praoerte invenção permitem a uti li ração· a ativa de s ater. ratos funcionaiízadoo de forma d má mi ca oa estática servindo si mui raneemente carro substrato e componente dos cd.s positivos electrocrdmicoB gue sobre este se produzes?, embota a imoiementacão preferencial tenha sido descrita em detaide, devo ; set entendido que diversas variações, substituições e ai teraçóes podem ser introduzidas, sem se afastarem, do âmbito: da presente intenção, mesmo que todas as •vantagens acima identlf toadas na o estejam presentes - As concretizações aqui apresentadas 1.lastram a presente invenção que pode set implementada e incorporada numa variedade de forma S dite r entos, que se enqoadt am no ãmb t 10 da mesma, Também as técnicas, construções, elementos, e processos descritos e ilastrados na implementação preferenciai como d 1 stintos on separedes, podem ser conibi nados ou tntogrados com outras técnicas, construções, elementos, ou processos, sem se afastar em do âmbito da invenção, Embora a presente invenção tenha ; sido descrita em diversas oonecetizaçdes, estas podem ser; ainda, modi.ficadas, de acordo com o ameito: de aplicação da presente invenção:. Outros exemplos de variações, substituições, e alterações são faorlmente determináveis por aqueles versados na tecnica e podero.am ser introduzidos sem se a fasta r do espi ti too ámt i t o d a presente tnvençâ e,

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Lisboa, 14 de Agosto

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1- Transístor de filme, fino electroerômtco de estado sólido caracteri aa4o por sor constituído por uma estrutura composta por uru substrato rígido ou flexível f unciona l i xado: ou nâo ; 1 j , corro por exempl o vidr o o u meti ar ou cartão plastificado ou papel, seguida da inserçac em camadas ou por justaposição topo a topo das seguintes pelleuias: uma película de um baldo semicondutor degenerado preforencialmente com uma estrutura amorfa, a 2. t amou te condutor couro o 110 (oxido de índio dopado com :.... cl nco) . ? G1Q (èixi d e de si no o dopa do com gálio); óxido muiticomposto de ainco, gálio e Índio ou slnoo gálio; ou estanho ou outro similar ti); ilhas de ..........i a o i smen; t o ; X 0 j de elevada resisti vi d ade eléotri ca e superflci.es aitemente planam corro rm.r 1.1icompo stos amorfos do tâutaio e si .1 leio ou t untai o e alumínio ou tanta lo e hâfrio ou poilme rico como por exemplo o poiimetiimetacrlieto PMM& ou polivirril; ter ou não uma membrana (?) i norgânrea ultra fina. com espessuras até 1000 nm à base de óxido de cinco, ou muiti compostos amorfos de tâutaio e silício ou tántalo e aiumirri.o ou f.ântalo: o ; ha faio ou orgânioc como por exemplo o polimer.i imetacr i.).atG PMMD ou o poli vinil? um. electrbiit o (3) que pode ser um sólido poiimbrico com um marcador dissolvido como o 11.tio, como por exemplo o tiClOx 0<x<i, ou o Ml,: ou o MBr, ou ο IMlsM,· ou o IdGFsSOs, nas formas estequiombt r i caa a não estequiométricas ou um: material inorgânico, como por exemplo o ib.5íÚ (0<x<3), ou o fllllj, ou o LiWhCq, o as formas estequiomét ricas e nâo o st egu lomót rica ou uma sol u çã ο I ique. da. que já contenha liti.o como a; solução de LiCiCu (pereiora to de li tio) oo?s PC (ptopi.Xeiiooarbonato) em. concentrações variáveis, de 0, íti mo: 1 / dm “:;"' a: 1:0 mol ? dm ç, t o do a e x es com o and u t i vi. nades de pelo menos 10"B S. cri'A alterada por acumu laçâo de carqas eièciricas; árido transparente olectrocrámico (2.1, inorgâni co, i como por exemplo o oxido de tungsténio na ic ma estequiométrica ou não estequiomeirica (PCç, com 0<x<3l, ou orgânico como a polianilina eseguido da colocação de dois: e.léctrodos metei icos ou óxido soei c;o adutor degenerado, designados r e apeei i v ame n t e coe fonte e dreno (5),. e s encapsu lado usando um roa seriai inorgânico ou orgânico í 6}^
2. 2. Transístor de filmo fino eiectrocromico do estado sPlido do a cor do c om a r o í ri n dica: cã o 1 e&r&e terisado por o oxido condutor transparente inorgânico que constitui o eiect rodo poria (4) o dreno o tonto (51 ser um oxido amorfo simples ou nri ircomposto como crido do indio dopado com tinco ou o oxido de xinco dopado com gálio ou o Oxido mui recomposto do r teco, gálio o indio ou zinco qáiío ou estanho ou outro similar. S... fΓχ an s 1 s t or de f i Xme f in p; e: 1 e c i r o crdrdcc de: e s t a d o s 6X: i do de acordo com a reis indio aça o 1 caractnrixado por as ilhas de isolamento (€) serem de elevada resistisidade o i êç tr ica e superfícies a1ramemo pianas como muiti compostos inorgânicos amorfos de tântalo o silício cu t ant alo e alummio ou tanta lo o náfpio ou polimérico como o polimetilmetacrilato<
3. 4. Transístor de filme fino eloccrocrômico do estado sólido do acordo com a reivindicação 1 caracterisado por quando existo a membrana ultra fina para trocas ionicas situada s op o ei o 0: t r op: o per ta (7 j. seres dos. ο X ovada rosl s f 1 vi da de olé Ctrl ca por onde cargos ioniosis podem sor intuir idas com espessuras atá 1000 qm à Paso do Oxido do cinco, ou multo compcst os amorfo s de f ân t ai o e s: 11 i c lo ou t&nt a lo e a lundu Io ou tântaio a táfnio ou orgânico como por exemplo o pol imet x i me o a c r .13. & t o ?HH/\ ou o poli vinil. S\ Transístor de filmo fino eleetrocrómioo do estado sólido de acordo com a reivindicação .1 caracteri rado por o electrélito : ser no material inorgânico tal como o L.uF (0<x<S) LióLFi 0<y<iJ, 1:1110¾ 0< r<4; ocm coodutividades inferiores e 10"· 3/crm
4. 6. Transistor de filme fino aieetrecrómieo de estado sólido de acordo cor; a reivindicação .1 caracterizado por o electrélito ser ao material.......orglnieo tal co.no o ΡΙοΙΟ* 0<x<'1, Li 1, LiBr, Li.âsfí; e LiCFvSOv, na forma eotsqiiiométrica ou não, com condutividades inferiores a 10"" 3/cm, . 7: >.. 7 r as e i s 10 r de i i .1 me f r no eleo t r o e r ómi c o de estado sólido de acordo com a rei vindicação 1 earaetarisado por o óxido e 1 e cr r o c r ómr co inorgânico poder ser constituído por um óxido qualquer contendo um metal de transiçao, tais como o Ti, 31, Mo, Ta e W ou em alternativa o Cr, Mn, 11, Co, M Eh e Ir* ; δ. Transístor de filme fino eiectrocrómico de estado sólido de acordo com a reivindicação .1. caracter irado por o material electrocrómico ser um material orgânico, tal como os matéria is voa iog éreos, tal como a poiimni.lina, Sm Transístor de filme fine eleot.roer ómico de estado sólido: do .acordo com a reivindicação 1 caracterirado por ter uma d amada de pr otecçs o de encaps uiament o c ene t i titi: de. por' tiuoretO: de magnésio ou um óxido de elevada resistência química e ;mecânica como mult1compostos inorgânicos amorfos de tântaio e silioio ou tântaio e alumínio ou tântalo e héfnio ou pc.i américo como o p o 1 .·. me ti. im e t a cr i. lar o , Ite Transístor de filme tico oieetroerómieo de estado solido de acordo com a reivindicação 1 caxaeteri.s&do por o curse rato ser furciooa.Xicado aquando do seu fabrico peia introdução de nanopartloaias eieoeróiitas e eieot. rocrómicas como por exemplo de t ri. oxido de tunestánio (WCe) c per olor a to de II ti o (Li CIO 4) ,
5. 11, Transístor de filme: fino eléctroercmieo de estado solido de acordo cor; a reivindicação anterior earacfesrirado por o substrato sor um meio absorvente ou poroso capar de absorver em volume os constituintes de uma solução qn im lo a f como por exempl o o papei,
6. 12, Método de fabrico é cr fação de t: r ar,si. Stores da filme fino electroeromicos de eetrntnra lateral ou vertical earaeterissado por a solução de nanepartlcu!as de óxido de :t u n q,s t ánl ο l ser prep ar eda a par t ir de per óxido de hidrogénio dhOv} e da tunpsténxQ metálico (Wi sendo a solução aquecida: até se obter um pó amarelo ao qual sa adicto na ácido acat í o o :f cont i nu ando a solução a ser aquecida até total evaporação 00 sol vende,· dl ssol vendo-se depois o precipitado es; atanoi ao qual é adicionado perclorato do litro,
7. 13, Mé tpdo de ;£apri cg e c r i açãρ de; f r Pil si S t o res de :f i 1 me fino electroeromicos do estrutura lateral cu vertical de acordo com a r ei vi.ndicaçào anter i or caxadPexi&ado par o s no s: t r a t o ροχ oso ou aps p r v eu t e o orno © p anel. ser totalmente mergulhado na solução anteriormente descrita durante 1 a; 5 sderutoo,· saonindo-se a sua secagem numa placa de uqueolroento em atmosfera cordão la da entre BQ a 10 CMC durar;t e 4 a δ oB segundos, .14 v Método de i fabrico e criaçàc de rranc 1 suores de filme fino elecr. r ocrónioos de estrutura lateral ou vertioai, de aoerdo com a reivindicações 22 e 2.3, caracteres&do por se traí Lis ar um substrato funci errai iraco e de um doe lados do substrato fu nem o na limado se depositar através de ura pedrao de uma máscara a membrana ultra fina e o eléctrodo porta do lado substrato que contem ma2.cr quantidade de electrõlito em contacto com. a superfície do substrato e se dep os.it ar na face op o st a os ma t cri ais......que de ti nem as regi Oes de dm no e fonte, separadas de distancias que dariam entre o l.nm e os 1000 mderbmetros, da face do pap oi que ; co n t ém m.a lor rtar i amen te as nanop ar ti cu 1 a s electroorómioas embebidas, usando uma máscara mecânica ou escf emendo -os por técni.oas de jacto de t rr.it a ou utlimando as técnicas litográficas padrao.
8. 15, Mé bodo de; j f ab r i ço e cr i a e a o de transístores de : filme fino electrocromicos de estrutura lacerai oo vertical, de scerdo com a rei rrrmu.caçao anterior caracfcerizado por o subst r a to b u n ei o na li ca do poder ser pass i vad o a s a nd o um material diel.éofrico de elevada resistiu.idade eléotrioa, como fluoreéo de magnésio ou um óxido de elevada res.tstênei.a ; gu.imi.ca e mecânica como :nuiti compostos inorgânicos ;amorfos de tanta lo a silício ou tantalo e a 1 umin l.o ou; tântalo e háfn.ro ou polimêrico como o puimetiImeoacrilat o, 2 :g - Método de i f ab f i ç q e criação do t r a n & 1 st orce de f i Xme fino eiectrocrómicoo de estrutura lateral, ou vertical de acordo com. i a reivindrcação 14 caracterizado por os elecr rodos po rca e os materiais da s regiões de dr eno e fonte serem depositados por tétricas conhecidas, corso por exemple o jecto de tinta on a pu Iver i saçáo catódica de rádio frequencla asando maCeriais tran aparentes na real ao do visível e de elevada: condatividade, coco por exeinpie IdO (dardo ide índio dopado com· rinoo); G10 :ácido de rinco dopado coar gálio * ; oxido multi composto de zirro, gâiio e Índio ou oinop gâiio ou estendo cm outro s imil&r, oop propriedades eiéct rimas de semi condutor Oegermradco a temperaturas que podem variar da temperaturas de 150 °c cm 4 50 °C, funç-áo do tipo do substrato funcionai irado, οόρο o soja io papel ou vitrocerâmico poroso. 1c, Método de ; fabrico e cr raça o de transístores de filme fino eleccrcordmicos de estracura lateral ou vertical de acordo com as r ervinciicaçõe s 12: aio e&racteriz&do por ão apircar-se uma: tensão predeterminada no eiéct rodo porta (4| na presença ou nâe de uma temor ana esta tensão promove a indução de cangas iónioas do eleetrélxto (3) para o material erectroctômicc (2) dardo»se ama reaeçâo redor a partir do ânodo para a fonte: (§} ou vice versa,, função do tipo de meteria:! eloccr cmrómico usado a oe ia rada lateral cu ver ti cal mente pela: corrente eiectrónica que se es t a oe 1 ec e e nf; re as r e g. 1 de s de d re.n o e fonte que sumo n t a várias ordens de grandcaa ao passar do estado desligado ao ligado e :£ae com a região do sanai feita á base de um mate ria: I e:1 e:e:tr:o oedmicc mude de esr:. IS. Método de fabrico e criação de transístores de filme fino eiecrrocrómicos de estrutura, lateral ou vertical de acordo com a rei vindicaçáo anterior ear&cterixado por ,¾ mudança ao co.c que se observe na região de canal se conserra r após retirada do tensão de porta ou ser invertida ao seu valer originai por alteração de polaridade no eiéctrooo porta e ou entra as regiões de drene e fonte, 19o Método de i fabrico e criação de transístores de filme tino eiect rocrcmi cos de estrutura lateral ou vertical de aeetdo com a reivindicaç&o anterior, e&racterir&do por o tempo de comutação de cor por cada pinei depender da ga.OTset.rxa do pirei.
9. 20. Método dei .fabrico e cri acão de iraraiStores de f lime fino eleotrderõmleoa de estrutura lateral ou ser tical de acordo eom a reivindicação anterior ear&ctextisado por o teupo de coou taci o de cor de uma matriz ser proporcionai ao numero de pi.xeia que a cone ti toem podendo varia r de 1 mi lis segundo a 10 segundos, para mostradores com: áreas até 4 me troe; quadrados. Lisboa, 14 de Agosto de 2009