(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の不十分な信頼性および性能を改善したエレクトロクロミックデバイス（ＥＣＤ）を提供する。【解決手段】ＥＣＤは、エレクトロクロミック（ＥＣ）層を成膜し、次いで対向電極（ＣＥ）層が成膜された後、ＥＣ層とＣＥ層の間にイオン伝導（ＩＣ）層としての役割を果たすイオン伝導性で電子絶縁性の界面領域を形成することによって製作される。界面領域は、エレクトロクロミック層および／または対向電極層の成分とともにイオン伝導性で電子絶縁性の材料を含有しており、完全に固体の無機材料を使用しているため、信頼性および性能の改善が成される。【選択図】図３ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）陰極のエレクトロクロミック遷移を受けることが可能な陰極着色材料を有するエレクトロクロミック層と、
（ｂ）陽極のエレクトロクロミック遷移を受けることが可能な陽極着色材料を有する対向電極層と、
（ｃ）超化学量論的酸素の形態の前記陰極着色材料及び／又は超化学量論的酸素の形態の前記陽極着色材料を有する、前記エレクトロクロミック層と前記対向電極層との間の中間層と、
を備える、
エレクトロクロミックデバイス。
【請求項２】
前記中間層が、前記超化学量論的酸素の形態の前記陰極着色材料を有する、請求項１に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項３】
前記中間層が、前記超化学量論的酸素の形態の前記陽極着色材料を有する、請求項１または２に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項４】
前記超化学量論的酸素の形態の前記陰極着色材料及び／又は前記超化学量論的酸素の形態の前記陽極着色材料が、リチウムを有する、請求項１から３の何れか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項５】
酸素濃度は、前記中間層の中で勾配をなす、請求項１から４の何れか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項６】
前記陰極着色材料が、酸化タングステンを有する、請求項１から５の何れか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項７】
前記陽極着色材料が、ニッケルタングステン酸化物を有する、請求項１から６の何れか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項８】
前記陽極着色材料が、更にタンタルを有する、請求項７に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項９】
エレクトロクロミックデバイスであって、
（ａ）陰極のエレクトロクロミック遷移を受けることが可能なエレクトロクロミック層であって、前記エレクトロクロミック層が陰極着色材料を有する、エレクトロクロミック層と、
（ｂ）陽極のエレクトロクロミック遷移を受けることが可能な対向電極層であって、前記対向電極層が、金属酸化物とタングステン及びタンタルの少なくとも１つとを含んだ陽極着色材料を有し、前記金属酸化物が、酸化ニッケル、ニッケルタングステン酸化物、ニッケルバナジウム酸化物、ニッケルクロム酸化物、ニッケルアルミニウム酸化物、ニッケルマンガン酸化物、ニッケルマグネシウム酸化物、酸化クロム、酸化マンガン、セリウムチタン酸化物、セリウムジルコニウム酸化物、酸化バナジウム、および酸化物の混合物からなる群から選択される１または複数の材料を有する、対向電極層と、
前記エレクトロクロミック層及び前記対向電極層の間の界面領域であって、前記界面領域が、（ｉ）実質的に電子絶縁性でイオン伝導性の材料と（ｉｉ）超化学量論的酸素の形態の前記陰極着色材料及び／又は超化学量論的酸素の形態の前記陽極着色材料との混合物と
を備える、
エレクトロクロミックデバイス。
【請求項１０】
前記超化学量論的酸素の形態の前記陰極着色材料及び／又は前記超化学量論的酸素の形態の前記陽極着色材料が、リチウムを有する、請求項９に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項１１】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、酸化ニッケルを有する、請求項９または１０に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項１２】
前記陽極着色材料が、タングステン及びタンタルを有する、請求項１１に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項１３】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルアルミニウム酸化物を有する、請求項９から１２の何れか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項１４】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルマグネシウム酸化物を有する、請求項９から１３の何れか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
【請求項１５】
エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であって、
陰極着色材料を有するエレクトロクロミック層を形成することと、
前記エレクトロクロミック層と対向電極層との間にイオン伝導性で電子絶縁性の層を最初に設けることなく前記エレクトロクロミック層と接触して前記対向電極層を形成することであって、前記対向電極層が金属酸化物とタングステン及びタンタルの少なくとも１つとを含んだ陽極着色材料を有し、前記金属酸化物が、酸化ニッケル、ニッケルタングステン酸化物、ニッケルバナジウム酸化物、ニッケルクロム酸化物、ニッケルアルミニウム酸化物、ニッケルマンガン酸化物、ニッケルマグネシウム酸化物、酸化クロム、酸化マンガン、セリウムチタン酸化物、セリウムジルコニウム酸化物、酸化バナジウム、および酸化物の混合物からなる群から選択される１または複数の材料を有する、前記対向電極層を形成することと、
（ａ）前記エレクトロクロミック層及び前記対向電極層をリチウム化し、（ｂ）前記エレクトロクロミック層及び前記対向電極層を加熱することにより、前記エレクトロクロミック層及び前記対向電極層の間の界面領域にイオン伝導性で実質的に電子絶縁性の材料を形成することと、
を備える、
エレクトロクロミックデバイスを製作する方法。
【請求項１６】
前記（ａ）は前記（ｂ）の前に実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記（ｂ）が、約１０分〜約３０分間Ａｒ下で、次いで約１分〜約１５分間Ｏ２下で、約１５０℃〜約４５０℃に加熱することを有する、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
約２０分〜約４０分間空気下で、約２５０℃〜約３５０℃に加熱することを更に有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、酸化ニッケルを有する、請求項１５から１８の何れか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルタングステン酸化物を有する、請求項１５から１９の何れか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルアルミニウム酸化物を有する、請求項１５から２０の何れか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルマグネシウム酸化物を有する、請求項１５から２１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記陽極着色材料が、タングステンを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記陽極着色材料が、タンタルを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
（ａ）一体型成膜システムであって、（ｉ）基材が第１の成膜ステーションに位置したときに前記基材に陰極着色材料を有するエレクトロクロミック層を成膜するための、第１材料を有する第１ターゲットを含む前記第１の成膜ステーションと、（ｉｉ）前記基材が第２の成膜ステーションに位置したときに前記基材に陽極着色材料を有する対向電極層を成膜するための、第２材料を有する第２ターゲットを含む前記第２の成膜ステーションとを有し、前記陽極着色材料が金属酸化物とタングステン及びタンタルの少なくとも１つとを有し、前記金属酸化物が、酸化ニッケル、ニッケルタングステン酸化物、ニッケルバナジウム酸化物、ニッケルクロム酸化物、ニッケルアルミニウム酸化物、ニッケルマンガン酸化物、ニッケルマグネシウム酸化物、酸化クロム、酸化マンガン、セリウムチタン酸化物、セリウムジルコニウム酸化物、酸化バナジウム、および酸化物の混合物からなる群から選択される１または複数の材料を有する、一体型成膜システムと、
（ｂ）積層体を前記基材上に逐次的に成膜する様式で、前記第１の成膜ステーションおよび前記第２の成膜ステーションに前記基材を通過させるためのプログラム命令を含むコントローラであって、前記積層体が、前記対向電極層に直接接触した前記エレクトロクロミック層を有する、コントローラと、
を備える、
エレクトロクロミックデバイスを製作するための装置。
【請求項２６】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、酸化ニッケルを有する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルタングステン酸化物を有する、請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルアルミニウム酸化物を有する、請求項２５から２７の何れか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記陽極着色材料における前記金属酸化物が、ニッケルマグネシウム酸化物を有する、請求項２５から２７の何れか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記陽極着色材料が、タンタルを有する、請求項２５または２６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、それぞれが「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称である、それぞれ２０１０年４月３０日に出願された米国特許出願第１２／７７２，０５５号および第１２／７７２，０７５号、ならびにそれぞれ２０１０年６月１１日に出願された米国特許出願第１２／８１４，２７７号および第１２／８１４，２７９号の、利益およびこれらに対する優先権を主張するものであり、これらの内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
エレクトロクロミズムとは、材料が異なる電子状態に置かれたときに、典型的には、電圧の変化を受けたときに、光学的性質が、電気化学的に媒介された可逆変化を呈する現象である。光学的性質とは、典型的に、色、透過率、吸光度、および反射率のうちの１つ以上である。よく知られている１つのエレクトロクロミック材料は、例えば、酸化タングステン（ＷＯ３）である。酸化タングステンは、電気化学的還元によって透明から青色への色遷移が起こる、陰極エレクトロクロミック材料である。
【０００３】
エレクトロクロミック材料は、例えば、窓および鏡の中に組み込まれてもよい。そのような窓および鏡の色、透過率、吸光度、および／または反射率は、エレクトロクロミック材料の変化を誘発することによって変化させることができる。エレクトロクロミック材料のよく知られている１つの応用は、例えば、一部の自動車のバックミラーである。これらのエレクトロクロミックバックミラーでは、他の車両のヘッドライトが運転者の気を散らさせないように、夜間に鏡の反射率を変化させる。
【０００４】
エレクトロクロミズムは、１９６０年代に発見されたが、残念なことに、エレクトロクロミックデバイスには様々な問題があり、それらの全ての商業的可能性は実現されていない。エレクトロクロミック技術、装置、ならびにそれらを作製および／または使用するための関連する方法の進歩が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
典型的なエレクトロクロミックデバイスは、イオンに対して高伝導性であり、かつ電子に対して高抵抗性であるイオン伝導（「ＩＣ」）層によって分離される、エレクトロクロミック（「ＥＣ」）電極層と、対向電極（「ＣＥ」）層とを含む。換言すれば、イオン伝導層は、イオンの輸送を可能にするが、電子電流は遮断する。従来理解されているように、イオン伝導層は、したがって、エレクトロクロミック層と対向電極層との間の短絡を防止する。イオン伝導層は、エレクトロクロミックおよび対向電極が、電荷を保持することを可能にし、それによって、それらの消色状態または発色状態を維持する。従来のエレクトロクロミックデバイスにおいて、成分は、エレクトロクロミック電極と対向電極との間に挟まれるイオン伝導層とともに積層体を形成する。これらの３つの積層体の成分間の境界は、組成物および／または微細構造の急激な変化によって画定される。したがって、デバイスは、２つの急激な界面を有する３つの異なる層を有する。
【０００６】
大変驚くべきことに、発明者らは、イオン伝導性で電子絶縁性の層を成膜せずに、高品質のエレクトロクロミックデバイスを製作できることを発見した。一定の実施形態によれば、対向電極およびエレクトロクロミック電極は、イオン伝導性層を別々に成膜せずに、互いに直接隣接して、しばしば直接接触して形成される。種々の製作プロセスおよび／または物理的もしくは化学的機構が、接触しているエレクトロクロミック層と対向電極層との間に界面領域を生成し、この界面領域が、従来のデバイスにおいて、イオン伝導性で電子絶縁性の層の少なくともいくつかの機能を果たすと考えられている。界面領域を形成するための鍵となり得る一定の機能を以下で説明する。
【０００７】
界面領域は、必ずではないが、典型的に、異なる相および／または組成によって表される少なくとも２つの別個の成分を含む、不均一構造を有する。さらに、界面領域は、これらの２つ以上の別個の成分の中に勾配を含む場合がある。勾配は、例えば、可変組成微細構造、比抵抗、ドーパント濃度（例えば、酸素濃度）、および／または化学量論を提供し得る。
【０００８】
前述した発見に加えて、発明者らは、信頼性を向上させるために、エレクトロクロミックデバイスの２つの層、すなわち、エレクトロクロミック（ＥＣ）層および対向電極（ＣＥ）層を、それぞれ、規定量のリチウムを含むように製作できることを観察した。加えて、エレクトロクロミックデバイスの材料および形態、ならびに／または一部の成分の微細構造の慎重な選択は、性能および信頼性の向上を提供する。いくつかの実施形態において、デバイスの全ての層は、完全に固体で無機である。
【０００９】
前述した観察および発見と一致するように、発明者らは、ＥＣ−ＩＣ−ＣＥ積層体の形成を、従来の手順で、すなわち、ＥＣ→ＩＣ→ＣＥまたはＣＥ→ＩＣ→ＥＣで行う必要がなく、むしろ、エレクトロクロミック層および対向電極層の形成後に、ＩＣ層としての役割を果たす、イオン伝導性で電子絶縁性の領域を形成できることを発見した。すなわち、ＥＣ−ＣＥ（またはＣＥ−ＥＣ）積層体が最初に形成され、次いで、ＥＣ層およびＣＥ層の界面でこれらの層の一方または双方の成分を使用して、ＩＣ層の一部の目的を果たす界面領域がＥＣ層とＣＥ層との間に形成される。本発明の方法は、１つ以上のプロセスステップを排除することによって製作の複雑さおよび費用を軽減するだけでなく、向上した性能特性を示すデバイスも提供する。
【００１０】
したがって、本発明の一態様は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層を形成することと、最初にエレクトロクロミック層と対向電極層との間にイオン伝導性で電子絶縁性の層を提供せずに、エレクトロクロミック層と接触した状態で対向電極層を形成することと、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に界面領域を形成することと、を含み、該界面領域は、実質的にイオン伝導性であり、かつ実質的に電子絶縁性である。エレクトロクロミック層および対向電極層は、必ずではないが、典型的に、界面領域よりも電子伝導性があるが、いくらか電子抵抗性を有し得る１つ以上の材料で作製される。界面領域は、ＥＣ層および／またはＣＥ層の成分材料を含有することができ、いくつかの実施形態において、ＥＣ層およびＣＥ層は、界面領域の成分材料を含有する。一実施形態において、エレクトロクロミック層は、ＷＯ３を含む。いくつかの実施形態において、ＥＣ層は、ＷＯ３を含み、ＣＥ層は、ニッケルタングステン酸化物（ＮｉＷＯ）を含み、ＩＣ層は、タングステン酸リチウム（Ｌｉ２ＷＯ４）を含む。
【００１１】
加熱は、エレクトロクロミック層の少なくとも一部分の成膜中に適用されてもよい。ＥＣ層がＷＯ３を含む一実施形態では、ＥＣ層を実質的に多結晶微細構造で形成するために、加熱は、スパッタリングを介した一連の成膜後に適用される。一実施形態において、エレクトロクロミック層は、約３００〜約６００ｎｍの厚さであるが、この厚さは、ＥＣ−ＣＥ積層体の成膜後に界面領域の形成を企図する所望の結果によって変動し得る。いくつかの実施形態において、ＷＯ３は、実質的に多結晶である。いくつかの実施形態において、ＷＯ３の酸素に富む層は、界面領域の前駆体として使用することができる。他の実施形態では、ＷＯ３層は、層中の酸素の濃度が変動する傾斜層である。いくつかの実施形態において、リチウムは、エレクトロクロミック遷移を駆動するための好ましいイオン種であり、積層体または層のリチウム化プロトコルを説明する。形成パラメータおよび層特性の詳細は、以下でさらに詳細に説明する。
【００１２】
本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層、または対向電極材料を含む対向電極層のいずれかを形成することと、（ｂ）エレクトロクロミック層または対向電極層の上に中間層を形成することであって、酸素に富む形態のエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つを含み、付加的な材料は、異なるエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料を含み、実質的に電子絶縁性ではない中間層を形成することと、（ｃ）エレクトロクロミック層および対向電極層のうちの他方を形成することと、（ｄ）中間層の少なくとも一部分が、実質的に電子絶縁性で、かつ実質的にイオン伝導性になることを可能にすることと、を含む。この方法のための形成パラメータの詳細および層特性も、以下でさらに詳細に説明する。
【００１３】
他の実施形態では、リチウムの存在下で、超化学量論的酸素の形態のエレクトロクロミック層または対向電極層を加熱した結果として、エレクトロクロミック層または対向電極層が形成された後に、その上に、実質的に電子絶縁性でイオン伝導性の領域が形成される。その後にエレクトロクロミック層または対向電極層のうちの他方が形成され、したがって、その上に、実質的に電子絶縁性でイオン伝導性の領域が形成される。一実施例では、最初に、エレクトロクロミック層が、例えば、透明導電性酸化物を有するガラス基材の上に形成される。エレクトロクロミック層は、酸素が化学量論的または準化学量論的である金属酸化物の第１の副層と、酸素が超化学量論的である頂層とを有することができ、またはエレクトロクロミック層は、超化学量論的上方部分を伴う勾配組成とすることができる。超化学量論的金属酸化物がリチウムに曝露され、加熱されて、実質的に電子絶縁性でイオン伝導性の領域を形成する。対向電極は、機能性エレクトロクロミック積層体の製作の一部として、その上に形成される。これらの方法のさらなる詳細は、下記で説明する。
【００１４】
他の実施形態では、超化学量論的酸素の形態のエレクトロクロミック層または対向電極層をリチウムに曝露した結果として、エレクトロクロミック層または対向電極層が形成された後に、実質的に電子絶縁性でイオン伝導性の界面領域が形成され、続いて、エレクトロクロミック層または対向電極層のうちの他方が形成される。すなわち、第２の電極の形成中に、リチウムフラックスが、（リチウムに曝露された）第１の形成された電極層から、第２の形成された、または形成している電極層の中に駆動される。このリチウムフラックスは、実質的に電子絶縁性でイオン伝導性の界面領域の形成を駆動し得ると考えられる。一実施例では、最初に、エレクトロクロミック層が、例えば、透明導電性酸化物を有するガラス基材の上に形成される。エレクトロクロミック層は、酸素が化学量論的または準化学量論的である金属酸化物の第１の副層と、酸素が超化学量論的である頂層とを有することができ、またはエレクトロクロミック層は、超化学量論的上方部分を伴う勾配組成とすることができる。超化学量論的金属酸化物は、リチウム、例えば、スパッタリングリチウムに曝露される。対向電極は、その上に形成され、そこでは、前述したリチウムフラックスが、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に、実質的に電子絶縁性でイオン伝導性の界面領域を形成する。これらの方法のさらなる詳細は、下記で説明する。
【００１５】
本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスを製作するための装置であって、（ａ）統合成膜システムであって、（ｉ）基板が第１の成膜ステーション内に位置付けられる時、エレクトロクロミック材料の層を該基板上に成膜するための第１の材料を含む第１のターゲットを含有する、該第１の成膜ステーションと、（ｉｉ）該基板が第２の成膜ステーション内に位置付けられる時、対向電極材料の層を該基板上に成膜するための第２の材料を含む第２のターゲットを含有する、該第２の成膜ステーションと、を備える、統合成膜システムと、（ｂ）積層体を該基板上に順次成膜する様態で、該基板を該第１および第２の成膜ステーションに通過させるためのプログラム命令を含有するコントローラであって、該積層体は、該対向電極材料の層と直接接触する該エレクトロクロミック材料の層を備える、コントローラと、を備える。本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスを製作するための装置であり、該装置は、（ｉ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層を成膜するように構成される、材料源を含む第１の成膜ステーション、および（ｉｉ）対向電極材料を含む対向電極層を成膜するように構成される、第２の成膜ステーションを含む、一体型成膜システムと、積層体を基材上に逐次的に成膜する様式で、第１および第２の成膜ステーションに基材を通過させるためのプログラム命令を含むコントローラであって、該積層体は、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に挟まれる中間層を有する、コントローラと、を含み、第１の成膜ステーションおよび第２の成膜ステーションの一方または双方は、エレクトロクロミック層または対向電極層の上に中間層を成膜するように構成され、中間層は、酸素に富む形態のエレクトロクロミック材料または対向電極材料を含み、第１および第２の成膜ステーションは、直列に相互接続され、基材を外部環境に曝露せずに、一方のステーションから次のステーションまで基材を通過させるように動作可能である。一実施形態において、本発明の装置は、真空を中断せずに一方のステーションから次のステーションまで基材を通過させるように動作可能であり、また、リチウム含有材料源からのリチウムをエレクトロクロミックデバイスの１つ以上の層上に成膜するように動作可能な、１つ以上のリチウム化ステーションを含んでもよい。一実施形態において、本発明の装置は、エレクトロクロミック積層体を建築用ガラス基材上に成膜するように動作可能である。本発明の装置は、イオン伝導層を製作するための別個のターゲットを有する必要はない。
【００１６】
本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスであって、該エレクトロクロミックデバイスは、（ａ）第１のエレクトロクロミック遷移を受けるために動作可能である、エレクトロクロミック材料を備える、エレクトロクロミック層と、（ｂ）第２のエレクトロクロミック遷移を受けるために動作可能である、対向電極材料を備える、対向電極層と、を備える、二層積層体を備え、該デバイスは、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に、電気絶縁性でイオン伝導性の材料の組成的に均一な層を含有せず、該エレクトロクロミック層および該対向電極層のうちの少なくとも１つは、リチウムを含有する。本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスであり、該エレクトロクロミックデバイスは、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層と、（ｂ）対向電極材料を含む対向電極層と、（ｃ）エレクトロクロミック層と対向電極層との間の界面領域と、を含み、界面領域は、電子絶縁性でイオン伝導性の材料、ならびにエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つを含み、付加的な材料は、異なるエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料を含む。いくつかの実施形態では、付加的な材料は含まれず、これらの実施形態において、界面領域は、エレクトロクロミック材料および対向電極材料のうちの少なくとも１つを含む。界面領域の組成および形態、ならびに／または微細構造の変動は、本明細書でさらに詳細に説明する。本明細書で説明されるエレクトロクロミックデバイスは、窓に組み込むことができ、一実施形態では、建築用ガラススケール窓に組み込むことができる。
【００１７】
本発明のこれらの特徴および他の特徴、ならびに利点を、関連する図面を参照して、以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
以下の発明を実施するための形態は、図面と併せて検討することによって、より完全に理解することができる。
【００１９】
【図１Ａ】エレクトロクロミックデバイス積層体の従来の形成を表す、概略断面図である。
【図１Ｂ】従来のエレクトロクロミック積層体のＥＣ、ＩＣ、およびＣＥ層の組成を示すグラフである。
【図２Ａ】本発明のエレクトロクロミックデバイスのための代表的な成分の組成を示すグラフである。
【図２Ｂ】本発明のエレクトロクロミックデバイスのための代表的な成分の組成を示すグラフである。
【図２Ｃ】本発明のエレクトロクロミックデバイスのための代表的な成分の組成を示すグラフである。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従うプロセスフローである。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従うプロセスフローである。
【図４Ａ】本発明の特定の実施形態に従うエレクトロクロミックデバイスの形成を表す、概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明の特定の実施形態に従うエレクトロクロミックデバイスの形成を表す、概略断面図である。
【図４Ｃ】本発明の特定の実施形態に従うエレクトロクロミックデバイスの形成を表す、概略断面図である。
【図５】本発明の一体型成膜システムを表す斜視図である。
【図６】本発明に従うエレクトロクロミック積層体の形成中に、プロセスパラメータおよび終点読み取りがどのように相関するのかを示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に従う方法を使用して作製されるエレクトロクロミックデバイスの実際の断面図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従う方法を使用して作製されるエレクトロクロミックデバイスの実際の断面図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に従う方法を使用して作製されるエレクトロクロミックデバイスの実際の断面図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態に従う方法を使用して作製されるエレクトロクロミックデバイスの実際の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａは、従来のエレクトロクロミックデバイス積層体１００を表す、概略断面図である。エレクトロクロミックデバイス１００は、基材１０２と、導電層（ＣＬ）１０４と、エレクトロクロミック（ＥＣ）層１０６と、イオン伝導（ＩＣ）層１０８と、対向電極（ＣＥ）層１１０と、導電層（ＣＬ）１１２をと含む。要素１０４、１０６、１０８、１１０、および１１２は、集合的に、エレクトロクロミック積層体１１４と称する。典型的に、ＣＬ層は、透明導電性酸化物で作製され、一般的に、「ＴＣＯ」層と称される。ＴＣＯ層は、透明であるので、ＥＣ−ＩＣ−ＣＥ積層体の着色挙動は、ＴＣＯ層を通して観察可能であり、例えば、可逆的な遮光のためにそのようなデバイスを窓に使用できるようにする。電圧源１１６は、エレクトロクロミック積層体１１４全体にわたって電位を印加するように動作可能であり、消色された状態（すなわち、透明）から着色状態へのエレクトロクロミックデバイスの遷移を生じさせる。層の順序は、基材に対して逆にされてもよい。すなわち、層は、基材、透明導電層、対向電極層、イオン伝導層、エレクトロクロミック材料層、および（もう一方の）透明導電層といった順序とすることができる。
【００２１】
再度図１Ａを参照すると、エレクトロクロミック積層体を製作する従来の方法では、個々の層は、図１Ａの左側に概略的に描写されるような逐次的な形式で１層ずつ重ねて成膜する。すなわち、ＴＣＯ層１０４を基材１０２上に成膜する。次いで、ＥＣ層１０６をＴＣＯ１０４上に成膜する。次いで、ＩＣ層１０８をＥＣ層１０６上に成膜し、続いて、ＣＥ層１１０をＩＣ層１０８上に成膜し、最後に、ＴＣＯ層１１２をＣＥ層１１０上に成膜して、エレクトロクロミックデバイス１００を形成する。当然、ステップの順序を逆転させて、「逆にした」積層体を作製することができるが、従来の方法では、必然的にＩＣ層をＥＣ層上に成膜し、続いて、ＣＥ層をＩＣ層上に成膜するか、またはＩＣ層をＣＥ層上に成膜し、次いで、ＥＣ層をＩＣ層上に成膜することが要点である。積層体の材料層間の遷移は、急激である。
【００２２】
前述した手順に関する１つの注目すべき課題は、ＩＣ層を形成するために必要な処理である。いくつかの以前の手法では、ＩＣ層は、ゾルゲルプロセスによって形成されるが、これは、ＥＣ層およびＣＥ層を形成するために用いられるＣＶＤまたはＰＶＤプロセスへの統合が困難である。さらに、ＩＣ層は、ゾルゲルによって生成され、他の液体に基づくプロセスは、デバイスの品質を低下させ、例えばスクライビングによって除去する必要があり得る、欠陥を起こし易い。他の手法では、ＩＣ層を、ＰＶＤによってセラミックターゲットから成膜するが、これは、製作および使用が困難になり得る。
【００２３】
図１Ｂは、図１Ａのエレクトロクロミック積層体、すなわち、層１０６（ＥＣ層）、層１０８（ＩＣ層）、および層１１０（ＣＥ層）の位置に対する材料の成分パーセントを表すグラフである。前述したように、従来のエレクトロクロミック積層体において、積層体の材料層間の遷移は、急激である。例えば、ＥＣ材料１０６は、異なる層として成膜され、隣接するＩＣ層の上への組成的な滲みをほとんどまたは全く伴わない。同様に、ＩＣ材料１０８およびＣＥ材料１１０は、組成的に異なり、隣接する層の上への滲みをほとんどまたは全く伴わない。したがって、材料は、急激な界面を伴って実質的に均一である（下記で説明されるＣＥ材料の一定の組成を除く）。従来の発想は、３つの層のそれぞれが、異なる均一に成膜された滑らかな層として構築されて、積層体を形成すべきであるというものであった。各層間の界面は、界面において各層からの材料の混合がほとんどない、「清浄」な状態でなければならない。
【００２４】
当業者は、図１Ｂは、理想的な描写であり、実際には、層の界面ではある程度の材料の混合が不可避であることを認識するであろう。要するに、従来の製作方法において、そのような混合は、予期しないものであり、わずかなものである。発明者らは、界面領域が意図的にかなりの量の１つ以上のエレクトロクロミックおよび／または対向電極材料を含む、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域を形成することができることを見出した。これは、従来の製作方法からの根本的な脱却である。
【００２５】
前述したように、発明者らは、ＥＣ−ＩＣ−ＣＥ積層体の形成を、従来の手順で、すなわち、ＥＣ→ＩＣ→ＣＥまたはＣＥ→ＩＣ→ＥＣで行う必要がなく、むしろ、エレクトロクロミック層および対向電極層の成膜後に、イオン伝導層としての役割を果たす界面領域を形成できることを発見した。すなわち、ＥＣ−ＣＥ（またはＣＥ−ＥＣ）積層体が最初に形成され、次いで、これらの層の界面で層の一方または双方の成分（および／または、いくつかの実施形態では、別のエレクトロクロミック材料または対向電極材料）を使用して、ＩＣ層の少なくとも一部の機能を保有し得る界面領域がＥＣ層とＣＥ層との間に形成される。いくつかの実施形態では、上層を含んでもよい超化学量論的部分を含んで、ＥＣまたはＣＥが形成され、次いで、リチウムに曝露され、加熱されて、イオン伝導性で実質的に電子絶縁性の領域が形成され、続いて、ＥＣおよびＣＥのうちの他方が形成される。よって、イオン伝導性で実質的に電子絶縁性の領域は、ＥＣとＣＥとの間の界面領域としての役割を果たす。他の実施形態において、超化学量論的部分または上層を含んで、ＥＣまたはＣＥが形成され、次いで、例えば、リチウムのスパッタリングを介して、リチウムに曝露される。次いで、ＥＣおよびＣＥのうちの他方がその上に形成される。第２の電極の形成は、形成された第１の電極から第２の電極に向かってリチウムフラックスを駆動する。次に、このリチウムのフラックスは、ＥＣ層とＣＥ層との間のイオン伝導性で実質的に電子絶縁性の界面領域の形成を駆動する。界面領域は、実質的にイオン伝導性で、かつ実質的に電子絶縁性であるので、従来のＩＣ層の少なくとも一部の機能としての役割を果たす。しかしながら、前述した界面領域は、従来認められているよりも高い漏れ電流を有する可能性があるが、それでも、デバイスは、良好な性能を示すことに留意されたい。
【００２６】
一実施形態において、エレクトロクロミック層は、酸素に富む領域とともに形成され、対向電極層が成膜された後に続く処理に応じて、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域または層に変換される。いくつかの実施形態では、（最終的に）ＩＣ層としての役割を果たす界面層をＥＣ層とＣＥ層との間に形成するために、酸素に富むバージョンのエレクトロクロミック材料を含む、異なる層が使用される。他の実施形態では、（最終的に）ＩＣ層としての役割を果たす界面領域をＥＣ層とＣＥ層との間に形成するために、酸素に富むバージョンの対向電極材料を含む、異なる層が使用される。酸素に富むＣＥ層の全てまたは一部は、界面領域に変換される。さらに他の実施形態では、（最終的に）ＩＣ層としての役割を果たす界面領域をＥＣ層とＣＥ層との間に形成するために、酸素に富むバージョンの対向電極材料、および酸素に富む形態のエレクトロクロミック材料を含む、異なる層が使用される。換言すれば、酸素に富む材料の一部または全部は、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域の前駆体としての役割を果たす。本発明の方法は、プロセスステップを低減することができるだけでなく、向上した性能特性を示すエレクトロクロミックデバイスを生成することもできる。
【００２７】
前述したように、界面領域のＥＣ層および／またはＣＥ層の一部が、ＩＣ層の１つ以上の機能、特に、イオンに対する高伝導性および電子に対する高抵抗性を提供する材料に変換されると考えられる。界面領域のＩＣ機能材料は、例えば、導電性カチオンの塩、例えば、リチウム塩であってもよい。
【００２８】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、エレクトロクロミックデバイス積層体の３つの可能な例の組成グラフを示す（それぞれ、ＥＣ層、ＣＥ層、およびＩＣ層としての役割を果たす界面領域を含む）。ＥＣ材料は、酸化タングステンである（ここでは、ＷＯ３で示されるが、ＷＯｘを含むことを意味し、ｘは、約２．７〜約３．５であり、一実施形態において、ｘは、約２．７〜約２．９である）。ＣＥ材料は、ニッケルタングステン酸化物（ＮｉＷＯ）であり、界面領域は、主に、若干のＥＣ材料および／またはＣＥ材料とともに、タングステン酸リチウムを含む（ここでは、Ｌｉ２ＷＯ４で示される、別の実施形態において、界面領域は、約０．５〜約５０（原子）％のＬｉ２Ｏ、約５〜約９５％のＬｉ２ＷＯ４、および約５〜約７０％のＷＯ３のナノ複合材である）。より概略的には、界面領域は、必ずではないが、典型的に、異なる相および／または組成によって表される少なくとも２つの別個の成分を含む、不均一構造を有し、この相または組成は、界面領域の幅にわたって濃度が変動する。このため、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域は、本明細書では、「勾配領域」、「不均一ＩＣ層」、または「分散ＩＣ層」と称される場合がある。図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃにおける例証は、特定の材料に関して説明されているが、より一般的には、本発明のエレクトロクロミックデバイスのための任意の好適な材料のさまざまな組成の代表例を表している。
【００２９】
図２Ａは、ＥＣ材料が、ＩＣ層として機能する界面領域の有意な成分である一方で、ＣＥ材料は、有意な成分ではない、本発明のエレクトロクロミック積層体を表す。図２Ａを参照すると、原点から始まり、ｘ軸に沿って左から右に移動すると、実質的に全てが酸化タングステンであるＥＣ材料（ＷＯ３）の部分が、ＥＣ層としての役割を果たすことが分かる。界面領域への遷移があり、界面領域では、その終わりまで、酸化タングステンが徐々に減少し、それに応じてタングステン酸リチウムが徐々に増加し、界面領域の端部では、ごく少量の酸化タングステンを伴う実質的に全てがタングステン酸リチウムである部分がある。ＥＣ層から界面領域への遷移は、実質的に全ての酸化タングステンおよびごく少量のタングステン酸リチウムの組成で画定されるが、この遷移が、従来のデバイスにおける遷移のように急激でないことは明らかである。この実施例では、材料がＩＣ層の少なくとも一部の機能、例えば、イオン伝導および電子絶縁の役割を果たすのに十分な量のタングステン酸リチウムを、組成が有する場合に効果的に遷移が始まる。確実に、タングステン酸リチウムがこれらの性質を呈することが分かっているので、組成が実質的にタングステン酸リチウムであるＣＥ層に非常に近い組成は、ＩＣ層の機能を果たす。しかし、界面領域の他の部分にもＩＣ層機能の一部がある。発明者らは、そのような「不均一ＩＣ層」が、急激な遷移を伴う従来のデバイスと比較して、エレクトロクロミックデバイスのスイッチング特性および、可能性として、熱サイクル安定性を向上させることを見出した。ＣＥ層は、この実施例において、活性材料として主にニッケルタングステン酸化物を含有し、界面領域の縁部でのニッケルタングステン酸化物組成への比較的に急激な遷移を有する。そのような界面領域を伴う積層体を作製するための方法は、以下でさらに詳細に説明する。
【００３０】
例えば、図２Ａのニッケルタングステン酸化物ＣＥ層は、約２０％のタングステン酸リチウムを有するものとして表されていることに留意されたい。理論に拘束されることを望むものではないが、ニッケルタングステン酸化物のＣＥ層は、タングステン酸リチウムのシェルまたはマトリクスによって囲まれた酸化ニッケルコアまたは粒子として存在し、これが適度に良好なイオン伝導性をＣＥ層に与え、それによって、エレクトロクロミック積層体の動作中のＣＥ層のエレクトロクロミック遷移に役立つと考えられる。ＣＥ層中のタングステン酸リチウムの正確な化学量論は、実施形態によって大幅に異なり得る。いくつかの実施形態において、ＣＥ層には若干の酸化タングステンも存在し得る。また、リチウムイオンは、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域を介して、ＥＣ層およびＣＥ層を往復するので、例えば、図２Ａで描写されるように、ＥＣ層にはかなりの量のタングステン酸リチウムが存在し得る。
【００３１】
図２Ｂは、ＣＥ材料が、ＩＣ層として機能する界面領域の有意な成分である一方で、ＥＣ材料は、有意な成分ではない、本発明のエレクトロクロミック積層体を表す。図２Ｂを参照すると、原点から始まり、ｘ軸に沿って左から右に移動すると、この場合、実質的に全てが酸化タングステンであるＥＣ材料が、ＥＣ層としての役割を果たすことが分かる。界面領域への急激な遷移があり、界面領域では、あったとしてもごくわずかの酸化タングステンがしかないが、大量のタングステン酸リチウムおよび少なくとも若干のニッケルタングステン酸化物（ＣＥ材料）がある。界面領域の組成は、ｘ軸に沿って変化し、タングステン酸リチウムが漸進的に減少し、それに応じてニッケルタングステン酸化物が増加する。界面領域からＣＥ層への遷移は、恣意的に、約８０％のニッケルタングステン酸化物および約２０％のタングステン酸リチウムの組成で画定されるが、これは、遷移が勾配組成で起こった場合の一例に過ぎない。界面領域は、積層体を通してさらに進行して、組成の変化が全くまたはほとんど起こらなくなったときが終端であるとみなしてもよい。加えて、遷移は、組成が十分な量のニッケルタングステン酸化物を有した場合に効果的に終了し、よって、その材料は、異なるＩＣ層が役割を果たす少なくとも一部の機能をそれ以上果たさなくなる。確実に、組成が８０％のニッケルタングステン酸化物である画定されたＣＥ層に非常に近い組成は、ＣＥ層の機能を果たす。同様に、タングステン酸リチウムが実質的な成分であるＥＣ層に非常に近い界面領域の組成は、イオン伝導性で電子絶縁性の材料としての役割を果たす。
【００３２】
図２Ｃは、ＥＣ材料およびＣＥ材料の双方が、ＩＣ層として機能する界面領域の有意な成分である、本発明のエレクトロクロミック積層体を表す。図２Ｃを参照すると、原点から始まり、ｘ軸に沿って左から右に移動すると、実質的に全てが酸化タングステンであるＥＣ材料（ＷＯ３）の部分が、ＥＣ層としての役割を果たすことが分かる。界面領域への遷移があり、界面領域では、酸化タングステンが徐々に減少し、それに応じてタングステン酸リチウムが徐々に増加する。この実施例では、界面領域として画定された部分の約１／３から、ニッケルタングステン酸化物の対向電極材料の量も増加する。界面領域として画定された部分の約半分には、それぞれ約１０％の酸化タングステンおよびニッケルタングステン酸化物、ならびに８０％のタングステン酸リチウムがある。この実施例において、ＥＣ層とＩＣ層との間、またはＩＣ層とＣＥ層との間にはいかなる急激な遷移もなく、むしろ、ＣＥ材料およびＥＣ材料の双方の連続する勾配組成を有する界面領域がある。この実施例において、タングステン酸リチウム成分は、界面領域を約半分進んだ所でピークに達し、よって、この領域は、界面領域の最も強力な電子絶縁であると思われる。
【００３３】
発明の概要で前述したように、ＥＣ層およびＣＥ層は、いくらかの電気抵抗をＥＣ層およびＣＥ層に与える材料成分を含んでもよい。３つの領域の全てに少なくとも若干の量またがっている、図２Ａ〜２Ｃで説明されるタングステン酸リチウムは、電気抵抗をＥＣ層およびＣＥ層に与えるそのような材料の一例である。
【００３４】
図２Ａ〜２Ｃは、本発明のエレクトロクロミックデバイスのＩＣ層としての役割を果たす界面領域の勾配組成の限定的でない例を３つだけ表している。当業者は、本発明の範囲を逸脱せずに、数多くの変形例が可能であることを理解するであろう。図２Ａ〜２Ｃの例のそれぞれでは、２つの材料成分だけしかなく、成分の１つはごくわずかである、少なくとも１つの層がある。本発明は、この方法に限定されない。したがって、本発明の一実施形態は、エレクトロクロミック層と、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域と、対向電極層とを含むエレクトロクロミックデバイスであり、このデバイスの前述した２つの層のそれぞれおよび１つの領域の少なくとも１つの材料成分は、少なくとも約２５重量％、別の実施形態では、少なくとも約１５重量％、別の実施形態では、少なくとも約１０重量％、別の実施形態では、少なくとも約５重量％、さらに別の実施形態では、約２重量％が、エレクトロクロミック層、界面領域、および対向電極層のそれぞれに存在する。
【００３５】
界面領域におけるエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料の量はかなり多く、一実施形態では、界面領域の５０重量％にもなり得る。しかしながら、多くの実施形態では、イオン伝導性で電子絶縁性の材料が、典型的に、主要な成分である一方で、界面領域の残部が、エレクトロクロミック材料および／または対向電極材料である。一実施形態では、界面領域が約６０重量％〜約９５重量％のイオン伝導性で電子絶縁性の材料を含む一方で、界面領域の残部がエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料である。一実施形態では、界面領域が約７０重量％〜約９５重量％のイオン伝導性で電子絶縁性の材料を含む一方で、界面領域の残部がエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料である。一実施形態では、界面領域が約８０重量％〜約９５重量％のイオン伝導性で電子絶縁性の材料を含む一方で、界面領域の残部がエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料である。
【００３６】
いくつかの実施形態において、本明細書で説明されるデバイスの界面領域は、比較的に明瞭であり、すなわち、界面領域がある程度の量のエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料を含有する場合であっても、例えば顕微鏡によって分析したときに、隣接する層に比較的に識別し易い境界がある。そのような実施形態では、界面領域の厚さを測定することができる。界面領域がＥＣ層および／またはＣＥ層の酸素に富む（超化学量論的）領域から形成される実施形態において、界面領域が形成された層（単一または複数）と比較した、界面領域の厚さの比率は、界面領域を特徴付けるための１つの測定基準である。例えば、エレクトロクロミック層は、酸素に富む上層とともに成膜される。ＥＣ層は、層の中に、またはより広範な領域の中に、単一の金属酸化物または均一もしくは不均一に混合された２つ以上の金属酸化物を含み得る。ＥＣ層は、５５０ｎｍの厚さであり、酸素に富む層（または領域）を含む。約１５０ｎｍのＥＣ層が界面領域に変換された場合は、ＥＣの約２７％（すなわち、１５０ｎｍ÷５５０ｎｍ）が界面領域に変換される。別の実施例において、ＥＣ層は、酸素に富む第１の金属酸化物領域（または層）と、第２の金属酸化物層（または領域）とを含む。全てまたは一部の酸素に富む金属酸化物層が界面領域に変換された場合は、界面領域の厚さを、（界面領域の形成前の）第１および第２の金属酸化物層の総厚さで割ったものが、界面領域の測定基準である。一実施形態において、界面領域は、約０．５％〜約５０％の、別の一実施形態では、約１％〜約３０％の、別の実施形態では、約２％〜約１０％の、さらに別の実施形態では、約３％〜約７％の厚さの、界面領域を形成するために使用される前駆体領域（酸素に富む部分を含むＥＣおよび／またはＣＥ）を含む。
【００３７】
発明者らは、ＩＣ層としての役割を果たす勾配組成が多く利益をもたらすことを発見した。理論に拘束されることを望むものではないが、そのような勾配領域を有することによって、エレクトロクロミック遷移の効率が飛躍的に向上すると考えられている。以下により詳しく説明するように、他の利益がある。
【００３８】
理論に拘束されることを望むものではないが、以下の機構の１つ以上が、界面領域中のＩＣ機能材料へのＥＣ材料および／またはＣＥ材料の転換に影響を及ぼし得る。しかしながら、本発明の性能または適用は、これらの機構のいずれにも限定されない。これらの機構のそれぞれは、積層体の製作中にＩＣ層材料が決して成膜されないプロセスと一致する。本明細書の他の場所で明らかにされているように、本発明の装置は、ＩＣ層のための材料を含む別のターゲットを有する必要はない。
【００３９】
第１の機構において、エレクトロクロミック材料または対向電極材料の直接リチウム化は、界面領域のＩＣ材料（例えば、タングステン酸リチウム）を生成する。以下でより詳細に説明するが、種々の実施形態は、ＥＣ層およびＣＥ層の形成の間で、作製プロセスのある時点で、活性層の１つの直接リチウム化を用いる。この作業は、リチウムへのＥＣ層またはＣＥ層（どちらか最初に形成された層）の曝露を伴う。この機構によれば、ＥＣ層またはＣＥ層を通過するリチウムフラックスは、リチウム塩等の、イオン伝導性で電子抵抗性の材料を生成する。このリチウムのフラックスを駆動するために、加熱または他のエネルギーを適用することができる。この説明した機構は、第２の層（ＣＥ層またはＥＣ層）の形成前に、第１の形成された層（ＥＣ層またはＣＥ層）の頂部、すなわち、曝露した部分を変換する。
【００４０】
したがって、一実施形態は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層、または対向電極材料を含む対向電極層のいずれかを形成することと、（ｂ）エレクトロクロミック層または対向電極層の上に中間層を形成することであって、酸素に富む形態のエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つを含み、付加的な材料は、異なるエレクトロクロミック材料または対向電極材料を含み、実質的に、電子絶縁性ではない中間層を形成することと、（ｃ）中間層をリチウムに曝露することと、（ｄ）中間層の少なくとも一部を、中間層の領域と同じ領域にあり、電子絶縁性でイオン伝導性の材料および中間層の材料を含む領域に変換するために、形成された積層体を加熱することと、を含む。領域は、電子絶縁性でイオン伝導性の材料および中間層の材料の不均一混合物を含むことができる。例えば、言及した付加的な材料は、単一の金属酸化物ではなく、混合した金属酸化物をエレクトロクロミック層および／または対向電極層に使用することが望ましい場合があるという事実に関連する。本発明の方法およびデバイスに従う混合した金属酸化物の性質は、以下でさらに詳細に説明する。
【００４１】
一実施形態では、最初に、エレクトロクロミック層が形成される。一実施形態において、エレクトロクロミック層は、酸化タングステンが成膜される。一実施形態において、酸化タングステンを成膜することは、タングステンターゲットと、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含む第１のスパッタガスとを使用して、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍの厚さに達するようにスパッタリングすることと、エレクトロクロミック層の形成中に、少なくとも断続的に約１５０℃〜約４５０℃に加熱することと、を含む。一実施形態において、エレクトロクロミック層は、実質的に多結晶ＷＯ３である。
【００４２】
一実施形態において、中間層は、超化学量論的酸素の形態のＷＯ３である。一実施形態において、超化学量論的酸化タングステンは、加熱せずに、タングステンターゲットと、約７０％〜１００％のＯ２および０％〜約３０％のＡｒを含む第２のスパッタガスとによるスパッタリングを介して、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さに達するように成膜される。
【００４３】
一実施形態において、（ｃ）は、少なくともブラインド電荷が満たされるまで、リチウムを中間層上スパッタリングすることを含み、（ｄ）は、積層体を、約１００℃〜約４５０℃に加熱することを含む。別の実施形態において、（ｄ）は、積層体を、約２分〜約３０分間、約２００℃〜約３５０℃に加熱することを含む。前述した２つの実施形態のいずれかにおいて、（ｄ）は、不活性雰囲気下および／または酸化雰囲気下で行うことができる。不活性雰囲気の例としては、アルゴン、窒素等が挙げられ、酸化雰囲気としては、酸素および他の酸化剤が挙げられる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ＥＣ材料またはＣＥ材料の２つの層ではなく、化学量論的酸素に近い、または化学量論的酸素である、単一の層が使用され、この層は、酸素が超化学量論的である少なくとも一部分を有する。一実施形態では、傾斜層が使用され、この層は、層が少なくとも超化学量論的酸素の上方部分を伴う、変動する組成を有する。したがって、別の実施形態は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層、または対向電極材料を含む対向電極層のいずれかを形成することであって、層の領域と同じ領域にあり、その上方領域の中に超化学量論的酸素部分を含む層を形成することと、（ｂ）超化学量論的酸素部分をリチウムに曝露することと、（ｃ）加熱して、超化学量論的酸素部分の少なくとも一部を、超化学量論的酸素部分の領域と同じ領域にあり、電子絶縁性でイオン伝導性の材料および超化学量論的酸素部分の材料を含む領域に変換することと、を含む。一実施形態において、領域は、電子絶縁性でイオン伝導性の材料および超化学量論的酸素部分の材料の不均一混合物を含む。
【００４５】
一実施形態において、（ａ）は、酸化タングステンを成膜することによって、エレクトロクロミック層を形成することを含む。一実施形態において、酸化タングステンを成膜することは、タングステンターゲットと、スパッタガスであって、エレクトロクロミック層のスパッタリングの開始時に、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含み、エレクトロクロミック層のスパッタリングの終了時に、約７０％〜１００％のＯ２および０％〜約３０％のＡｒを含む、スパッタガスとを使用して、スパッタリングすることと、エレクトロクロミック層の形成の開始時に、少なくとも断続的に約２００℃〜約３５０℃に加熱するが、エレクトロクロミック層の少なくとも最終部分の成膜中は加熱しないことと、を含む。
【００４６】
一実施形態において、（ｂ）は、少なくともブラインド電荷が満たされるまで、リチウムを中間層の上にスパッタリング、または別様に提供することを含み、（ｃ）は、積層体を、約１００℃〜約４５０℃に加熱することを含む。別の実施形態において、（ｃ）は、積層体を、約２分〜約３０分間、約２００℃〜約３５０℃に加熱することを含む。前述した２つの実施形態のいずれかにおいて、（ｃ）は、不活性雰囲気下および／または酸化雰囲気下で行うことができる。不活性雰囲気の例としては、アルゴン、窒素等が挙げられ、酸化雰囲気としては、酸素および他の酸化剤が挙げられる。
【００４７】
前述した２つの方法のいずれかにおいて、すなわち、超化学量論的酸素の中間層または超化学量論的酸素の上方領域を伴う単一の層のいずれかを有するエレクトロクロミック材料を使用する方法では、さらなる処理として、対向電極層を領域上に形成することを含む。一実施形態において、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さのＮｉＷＯを含む。一実施形態において、ＮｉＷＯは、実質的に非晶質である。さらなる処理として、対向電極層が実質的に消色するまで、リチウムを対向電極層にスパッタリングするか、または別様に提供することと、対向電極層を消色するために必要とされる量に基づいて約５％〜約１５％過剰な付加的な量のリチウムを、対向電極層上にスパッタリングすることとを含むことができる。インジウムスズ酸化物等の透明伝導性酸化物層を、対向電極層の上に成膜することができる。
【００４８】
一実施形態において、このようにして形成された積層体は、透明伝導性酸化物を成膜する前または成膜した後に、透明伝導性酸化物を成膜する前または成膜した後に、約１０分〜約３０分間Ａｒ下で、次いで約１分〜約１５分間Ｏ２下で、約１５０℃〜約４５０℃に加熱される。この処理の後に、積層体は、約２０分〜約４０分間空気下で、約２５０℃〜約３５０℃に加熱することによってさらに処理される。エレクトロクロミックデバイスの初期活性化サイクルの一部として、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に電流を流すことも行うことができる。
【００４９】
界面領域の形成機構を再度参照すると、第２の機構において、ＥＣ層またはＣＥ層の双方が形成された後に、および／またはリチウム化された第１の層の上への第２の層の形成中に、ＥＣ層またはＣＥ層の一方から他方に拡散するリチウムは、ＩＣ機能材料を有する界面領域へのＥＣ層および／またはＣＥ層のうちの１つの一部の変換を引き起こす。リチウム拡散は、第２の層が全て形成された後に、または第２の層の一部だけが形成された後に起こり得る。さらに、リチウムの拡散、およびそれに伴うＩＣ機能材料への変換は、第１または第２の成膜された層のいずれかにおいて、またはＥＣ層またはＣＥ層のいずれかにおいて行われる。一実施例において、ＥＣ層は、最初に形成され、次いで、リチウム化される。その後にＣＥ層がＥＣ層の上に成膜されるにつれて、一部のリチウムがその下にあるＥＣ層からＣＥ層に向かって、および／またはその中に拡散し、ＩＣ機能材料を含有する界面領域への転換を引き起こす。別の実施例では、ＥＣ層が（随意に、酸素に富む上方領域とともに）最初に形成され、次いで、ＣＥ層が形成されて、リチウム化される。その後、ＣＥ層からの一部のリチウムが、ＥＣ層の中に拡散し、ＩＣ機能材料を有する界面領域を形成する。さらに別の実施例において、ＥＣ層は、前述した第１の機構により、最初に成膜され、次いでリチウム化されて、いくらかのＩＣ機能材料を生成する。次いで、ＣＥ層が形成されたときに、一部のリチウムがその下のＥＣ層からＣＥ層に向かって拡散して、いくらかのＩＣ材料をＣＥ層の界面領域に生成する。このようにして、ＩＣ機能材料は、名目上、ＣＥ層およびＥＣ層の界面に近接したＣＥ層およびＥＣ層の双方に存在する。
【００５０】
したがって、別の実施形態は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層、または対向電極材料を含む対向電極層のいずれかを形成することと、（ｂ）エレクトロクロミック層または対向電極層の上に中間層を形成することであって、酸素に富む形態のエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つを含み、付加的な材料は、異なるエレクトロクロミック材料または対向電極材料を含み、実質的に電子絶縁性でない中間層を形成することと、（ｃ）中間層をリチウムに曝露することと、（ｄ）エレクトロクロミック層および対向電極層のうちの他方を、中間層の上に成膜し、それによって、中間層の少なくとも一部を、中間層の領域と同じ領域にあり、電子絶縁性でイオン伝導性の材料および中間層の材料を含む領域に変換することと、を含む。一実施形態において、領域は、電子絶縁性でイオン伝導性の材料および中間層材料の不均一混合物を含む。
【００５１】
一実施形態において、エレクトロクロミック層は、最初に形成されて、酸化タングステンを成膜することを含む。一実施形態において、酸化タングステンを成膜することは、タングステンターゲットと、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含む第１のスパッタガスとを使用して、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍの厚さに達するようにスパッタリングすることと、エレクトロクロミック層の形成中に、少なくとも断続的に約１５０℃〜約４５０℃に加熱することと、を含む。一実施形態において、エレクトロクロミック層は、実質的に多結晶ＷＯ３である。この実施形態において、中間層は、ＷＯ３の超化学量論的酸素の形態であり、例えば、一実施形態において、（ｂ）は、加熱せずに、タングステンターゲットと、約７０％〜１００％のＯ２および０％〜約３０％のＡｒを含む第２のスパッタガスとを使用して、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さに達するようにＷＯ３をスパッタリングすることを含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、ＥＣ材料またはＣＥ材料の２つの層ではなく、化学量論的酸素に近い、または化学量論的酸素である、単一の層が使用され、この層は、酸素が超化学量論的である少なくとも一部分を有する。一実施形態では、傾斜層が使用され、この層は、少なくとも超化学量論的酸素の上方部分を有する。したがって、別の実施形態は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層、または対向電極材料を含む対向電極層のいずれかを形成することであって、層前記層の領域と同じ領域にあり、その上方領域の中に超化学量論的酸素部分を含む層を形成することと、（ｂ）超化学量論的酸素部分をリチウムに曝露することと、（ｃ）エレクトロクロミック層および対向電極層のうちの他方を、超化学量論的酸素部分の上に成膜し、それによって、超化学量論的酸素部分の領域と同じ領域にあり、イオン伝導性で電子絶縁性の材料および超化学量論的酸素部分の材料を含む領域に変換することと、一実施形態において、領域は、電子絶縁性でイオン伝導性の材料および超化学量論的酸素部分の材料の不均一混合物を含む。
【００５３】
一実施形態において、エレクトロクロミック層は、最初に形成される。このような一実施形態において、エレクトロクロミック層は、酸化タングステンを成膜することを含む。一実施形態において、酸化タングステンを成膜することは、タングステンターゲットと、スパッタガスであって、エレクトロクロミック層のスパッタリングの開始時に、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含み、エレクトロクロミック層のスパッタリングの終了時に、約７０％〜１００％のＯ２および０％〜約３０％のＡｒを含む、スパッタガスとを使用して、スパッタリングすることと、エレクトロクロミック層の形成の開始時に、少なくとも断続的に約２００℃〜約３５０℃に加熱するが、エレクトロクロミック層の少なくとも最終部分の成膜中は加熱しないことと、を含む。このＥＣ層は、実質的に多結晶であってもよい。
【００５４】
前述した２つの方法のいずれかにおいて、すなわち、超化学量論的酸素の中間層または超化学量的酸素の上方領域を伴う単一の層のいずれかを有するエレクトロクロミック材料を使用する方法において、中間層または超化学量論的酸素部分のいずれかをリチウムに曝露することは、リチウムを、前述した層または部分の上にスパッタリング、または別様に提供することができる。エレクトロクロミック層および対向電極層のうちの他方を成膜することは、対向電極層を中間層上または超化学量論的酸素部分上に形成することを含む。一実施形態において、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さのＮｉＷＯを含む。一実施形態において、ＮｉＷＯは、実質的に非晶質である。さらなる処理として、対向電極層が実質的に消色するまで、リチウムを対向電極層にスパッタリングするか、または別様に提供することと、対向電極層を消色するために必要とされる量に基づいて約５％〜約１５％過剰な付加的な量のリチウムを、対向電極層上にスパッタリングすることとを含むことができる。インジウムスズ酸化物等の透明伝導性酸化物層を、対向電極層の上に成膜することができる。
【００５５】
一実施形態において、このようにして形成された積層体は、透明伝導性酸化物を成膜する前または成膜した後に、約１０分〜約３０分間Ａｒ下で、次いで約１分〜約１５分間Ｏ２下で、約１５０℃〜約４５０℃に加熱される。この処理の後に、積層体は、約２０分〜約４０分間空気下で、約２５０℃〜約３５０℃に加熱することによってさらに処理される。エレクトロクロミックデバイスの初期活性化サイクルの一部として、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に電流を流すことも行うことができる。
【００５６】
第３の機構において、ＥＣ層およびＣＥ層は、完成まで（または少なくとも、第２の形成された層が部分的に完成するまで）形成される。次いで、デバイス構造が加熱され、この加熱は、界面領域の材料の少なくとも一部をＩＣ機能材料（例えば、リチウム塩）に変換する。例えば、本明細書でさらに説明される多段階熱化学的調整（ＭＴＣＣ）の一部としての加熱は、成膜中または成膜が完了した後に行われてもよい。一実施形態において、加熱は、透明導電性酸化物が積層体の上に形成された後に行われる。別の実施形態において、加熱は、第２の層が部分的または全体的に完了した後だが、透明導電性酸化物がそこに適用される前に、適用される。一部の場合において、加熱は、転換の直接かつ主要な原因となる。他の場合において、加熱は、主に、第２の機構で説明したＩＣ機能材料領域を作成する、リチウムイオンの拡散またはフラックスを促進する。
【００５７】
最後に、第４の機構において、ＥＣ層とＣＥ層との間に流れる電流は、界面領域のＩＣ機能材料へのエレクトロクロミック材料および対向電極材料のうちの少なくとも１つの転換を駆動する。これは、例えば、電流の流れと関連するイオンフラックスは非常に大きいので、界面領域のＩＣ材料へのＥＣ材料および／またはＣＥ材料の化学的転換を駆動することにより起こり得る。例えば、以下で説明するように、ＥＣ層中の酸化タングステンを通る大きいリチウムフラックスは、ＩＣ材料としての役割を果たすタングステン酸リチウムを生成し得る。リチウムフラックスは、例えば、新たに形成されたデバイスの初期活性化サイクル中に導入されてもよい。一実施形態では、化学的転換を駆動するために、加熱の代わりに、初期活性化サイクルにおける電流の流れが使用される。しかしながら、これは、駆動するための他の機会である必要はなく、変換を生じさせるためには、高イオンフラックスがより適切である場合がある。より一般的には、イオン伝導性で電子絶縁性の界面領域への材料の変換を駆動する、エネルギーの形態、例えば、熱および／または電流の印加である。振動エネルギー、放射エネルギー、音響エネルギー、機械エネルギー等の、他のエネルギー形態を使用することができる。本明細書で説明される方法は、前述した機構の任意の１つ以上に頼らずに、当業者によって行うことができる。
【００５８】
図３Ａは、本発明の方法に従うプロセスフロー３００である。具体的には、ＥＣ層が（ＣＬ、例えば、ＴＣＯ上に）成膜される（３０５参照）。次いで、ＣＥ層が成膜される（３１０参照）。次いで、ＥＣ層およびＣＥ層が成膜された後、ＥＣ層とＣＥ層との間にＩＣ層としての役割を果たす界面領域が形成される（３１５参照）。本発明の一実施形態は、ステップ３０５および３１０を逆にした、類似した方法（図示せず）である。この方法は、いくつかの実施形態において、界面領域を作製するためにＥＣ層およびＣＥ層のうちの１つの少なくとも一部を使用して、ＩＣ層として機能する界面領域がＥＣ層およびＣＥ層の後に形成されることを要旨としている。このために、このようにして形成される界面領域は、あるときには、「内因性」ＩＣ層と称される。他の実施形態では、例えば酸素に富むバージョンのＥＣ材料またはＣＥ材料を使用して、ＥＣ層とＣＥ層との間に異なる層が形成され、この層は、ここでもＥＣ層およびＣＥ層の形成後に、その全部または一部が界面領域に変換される。ＥＣ−ＣＥ積層体が形成された後に界面領域を形成するための種々の方法は、下記で説明する。
【００５９】
したがって、前述したように、本発明の一態様は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層を形成することと、最初にエレクトロクロミック層と対向電極層との間にイオン伝導性で電子絶縁性の層を提供せずに、エレクトロクロミック層と接触した状態で対向電極層を形成することであって、対向電極材料を含む対向電極層を形成することと、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に界面領域を形成することと、を含み、該界面領域は、実質的にイオン伝導性であり、かつ実質的に電子絶縁性である。界面領域は、ＥＣ層、ＣＥ層、または双方の成分材料を含有することができる。界面領域は、以下により詳しく説明するように、多数の方法で形成することができる。
【００６０】
図３Ｂは、プロセスフロー３２０であり、図３Ａに関連して説明される方法に従うプロセスフローを示し、具体的には、ＥＣ層を成膜し、次いで、ＣＥ層を成膜し、最終的に、ＩＣ層として機能する界面領域をＥＣ層とＣＥ層との間に形成するためのプロセスフローである。さらに具体的には、この実施形態において、ＥＣ層は、特定の組成および構成で、種々の量の酸素を伴うＷＯ３を含み、ＣＥ層は、ＮｉＷＯを含み、界面領域は、Ｌｉ２ＷＯ４を含み、また、インジウムスズ酸化物およびフッ素化酸化スズ等のＴＣＯ材料が使用される。エレクトロクロミックデバイスの層は、固体材料の観点から以下で説明されることに留意されたい。固体材料は、信頼性、安定した特性およびプロセスパラメータ、ならびにデバイス性能といった理由で、望ましい。例示的な固体エレクトロクロミックデバイス、それらを作製するための方法および装置、そのようなデバイスを伴うエレクトロクロミック窓を作製する方法は、Ｋｏｚｌｏｗｓｋｉ他による「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｏｗ  Ｄｅｆｅｃｔｉｖｉｔｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国特許出願第１２／６４５，１１１号、およびＷａｎｇ他による「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国特許出願第１２／６４５，１５９号で説明されており、どちらも全ての目的に対して参照により本明細書に組み込まれる。特定の実施形態において、本発明のエレクトロクロミックデバイスは、全固体であり、制御された周囲環境における積層体の１つ以上の層の成膜を可能にする装置で作製される。すなわち、装置を出ずに、かつ、例えば成膜ステップ中に真空を中断せずに、層が成膜される装置では、それによって、混入物を減少させ、最終的にはデバイス性能を低下させる。特定の実施形態において、本発明の装置は、従来の装置では必要とされる、ＩＣ層を成膜するための別のターゲットを必要としない。当業者が理解するように、本発明は、これらの材料および方法に限定されないが、一定の実施形態において、（以下で説明する）エレクトロクロミック積層体および前駆体積層体を構成する全ての材料は、無機、固体（すなわち、固体状態である）、または無機および固体の双方である。
【００６１】
有機材料は、例えば窓への適用に関連して紫外線光および熱に曝露されたときに、経時的に劣化する傾向があるので、無機材料が、より長期間にわたって機能することができる信頼性のあるエレクトロクロミック積層体の利点を提供する。固体材料は、液体材料がしばしば起こすような、格納および漏出の問題を有しないという利点も提供する。積層体の層の任意の１つ以上は、若干の有機材料を含有し得るが、数多くの実装例において、層の１つ以上は、有機物質をほとんどまたは全く含有しないことを理解されたい。１つ以上の層に少量が存在し得る液体についても同じことが言える。また、固体材料は、ゾルゲルまたは化学気相蒸着を用いる一定のプロセス等の、液体成分を用いたプロセスによって成膜、または別様に形成され得ることも理解されたい。
【００６２】
再度図３Ｂを参照すると、最初にＷＯ３のＥＣ層が成膜される（３２５参照）。図４Ａ〜４Ｃは、本発明の特定の方法に従う、具体的には、プロセスフロー３２０に従う、エレクトロクロミックデバイスの形成を表す概略断面図である。具体的には、図４Ａ〜４Ｃは、ＷＯ３を含むＥＣ層をどのようにして積層体の一部として形成することができるのかを示す３つの限定的でない実施例を示し、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域は、積層体の他の層が成膜された後に形成される。図４Ａ〜４Ｃのそれぞれにおいて、基材４０２、第１のＴＣＯ層４０４、ＣＥ層４１０、および第２のＴＣＯ層４１２は、本質的に同じである。また、３つの実施形態のそれぞれにおいて、積層体は、ＩＣ層を伴わずに形成され、次いで、積層体は、積層体内、すなわち、ＥＣ層とＣＥ層との間に、ＩＣ層としての役割を果たす界面領域を形成するためにさらに処理される。
【００６３】
図４Ａ〜４Ｃのそれぞれを参照すると、層状構造４００、４０３、および４０９がそれぞれ表されている。これらの層状構造のそれぞれは、例えばガラスである、基材４０２を含む。好適な光学的性質、電気的性質、熱的性質、および機械的性質を有するあらゆる材料が、基材４０２として使用されてもよい。そのような基材としては、例えば、ガラス、プラスチック、鏡材料が挙げられる。好適なプラスチック基材としては、例えば、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート、アリルジグリコールカーボネート、ＳＡＮ（スチレンアクリロニトリル共重合体）、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、ポリエステル、ポリアミド等が挙げられ、プラスチックは、高温処理条件に耐えることが可能であることが好ましい。プラスチック基材が使用される場合は、好ましくは、例えば、プラスチックグレージング技術でよく知られているような、ダイヤモンド様保護被覆、シリカ／シリコーン耐摩耗被覆等の、硬質被覆を使用してバリア保護または摩耗保護される。好適なガラスとしては、透明ガラス、または、ソーダ石灰フロートガラスを含む、着色ソーダ石灰ガラスが挙げられる。ガラスは、強化されたものであっても、強化されていないものであってもよい。いくつかの実施形態において、ガラス基材等の市販の基材は、透明導電層被覆を含む。そのようなガラスの例としては、Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ  ｏｆ  Ｔｏｌｅｄｏ，ＯｈｉｏによってＴＥＣ  Ｇｌａｓｓ（商標）の商標で、ならびにＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ｏｆ  Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａによってＳＵＮＧＡＴＥ（商標）３００およびＳＵＮＧＡＴＥ（商標）５００の商標で販売されている、導電層被覆ガラスが挙げられる。ＴＥＣ  Ｇｌａｓｓ（商標）は、フッ素化酸化スズ導電層で被覆したガラスである。
【００６４】
いくつかの実施形態において、基材４０２の光透過率（すなわち、入射した光またはスペクトルに対する、透過した光またはスペクトルの比率）は、約９０％〜９５％、例えば、約９０％〜９２％である。基材は、任意の厚さであってもよいが、エレクトロクロミックデバイスを支持するのに好適な機械的性質を有することを条件とする。基材４０２は、任意のサイズであってもよいが、いくつかの実施形態では、約０．０１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さ、好ましくは、約３ｍｍ〜９ｍｍの厚さである。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態において、基材は、建築用ガラスである。建築用ガラスは、建築材料として使用されるガラスである。建築用ガラスは、典型的に、商業建築物で使用されるが、住宅建築物で使用される場合もあり、また典型的に、必ずではないが、屋外の環境から屋内の環境を隔離する。一定の実施形態において、建築用ガラスは、少なくとも２０インチ×２０インチ（５０８ｍｍ×５０８ｍｍ）であり、例えば、約７２インチ×１２０インチ（約１８２８ｍｍ×３０４８ｍｍ）の大きさにもなり得る。建築用ガラスは、典型的に、少なくとも約２ｍｍの厚さである。約３．２ｍｍ未満の厚さである建築用ガラスは、強化することができない。建築用ガラスを基材として用いる本発明のいくつかの実施形態において、基材は、エレクトロクロミック積層体が基材上に製作された後であっても強化され得る。建築用ガラスを基材として用いる本発明のいくつかの実施形態において、基材は、スズフロートラインからのソーダ石灰ガラスである。建築用ガラス基材の可視スペクトルを通じての透過パーセント（すなわち、可視スペクトルにわたる統合伝送）は、一般的に、中間色基材の場合には８０％を超えるが、有色基材の場合にはより低くなり得る。好ましくは、可視スペクトルを通じての基材の透過パーセントは、少なくとも約９０％、例えば、約９０％〜９２％である。可視スペクトルとは、典型的な人間の眼が応答するスペクトルであり、一般的に、約３８０ｎｍ（紫色）〜約７８０ｎｍ（赤色）である。一部の場合において、ガラスは、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍの表面粗度を有する。一実施形態において、基材４０２は、ナトリウムイオンがエレクトロクロミックデバイスに拡散することを防止するために、ナトリウム拡散バリヤ（図示せず）を有するソーダガラスである。この説明のために、そのような構成を「基材４０２」と称する。
【００６６】
再度層状構造４００、４０３、および４０９を参照すると、基材４０２の上には、最初に、例えば、特に導電性で透明なフッ素化酸化スズまたは他の好適な材料で作製される、ＴＣＯ層４０４が成膜される。透明導電性酸化物は、金属酸化物および１つ以上の金属でドープされた金属酸化物を含む。そのような金属酸化物およびドープ金属酸化物の例としては、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、ドープ酸化インジウム、酸化スズ、ドープ酸化スズ、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、ドープ酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープ酸化ルテニウム等が挙げられる。一実施形態において、この第２のＴＣＯ層は、約２０ｎｍ〜約１２００ｎｍの厚さであり、別の実施形態では、約１００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さであり、別の実施形態では、約３５０ｎｍの厚さである。ＴＣＯ層は、層が比較的に大きい範囲にわたるので、適切なシート抵抗（Ｒｓ）を有するべきである。いくつかの実施形態において、ＴＣＯ層のシート抵抗は、１平方あたり約５〜約３０オームである。いくつかの実施形態において、ＴＣＯ層のシート抵抗は、１平方あたり約１５オームである。概して、２つの導電層のそれぞれのシート抵抗がほぼ同じであることが望ましい。一実施形態において、２つの層、例えば４０４および４１２は、それぞれ、１平方あたり約１０〜１５オームのシート抵抗を有する。
【００６７】
層状構造４００、４０３、および４０９のそれぞれは、積層体４１４ａ、４１４ｂ、および４１４ｃを含み、それぞれ、基材４０２の上の第１のＴＣＯ層４０４と、ＣＥ層４１０と、第２のＴＣＯ層４１２とを含む。層状構造４００、４０３、および４０９のそれぞれの差は、ＥＣ層がどのように形成されたかということであり、よって、各シナリオにおいて、結果として生じる界面領域の形態に影響を及ぼす。
【００６８】
図３Ｂのプロセスフロー３２５と一致して、積層体４１４ａ、４１４ｂ、および４１４ｃのそれぞれは、第１のＴＣＯ層４０４の上に成膜されるエレクトロクロミック層を含む。エレクトロクロミック層は、金属酸化物を含む、多数の異なるエレクトロクロミック材料の任意の１つ以上を含有してもよい。そのような金属酸化物としては、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化イリジウム（Ｉｒ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化ニッケル（Ｎｉ２Ｏ３）、酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）等が挙げられる。いくつかの実施形態において、金属酸化物は、リチウム、ナトリウム、カリウム、モリブデン、ニオブ、バナジウム、チタン、および／もしくは他の好適な金属、または金属を含有する化合物等の、１つ以上のドーパントでドープされる。一定の実施形態では、混合酸化物（例えば、Ｗ−Ｍｏ酸化物、Ｗ−Ｖ酸化物）も使用され、すなわち、エレクトロクロミック層は、前述した金属酸化物の２つ以上を含む。金属酸化物を含むエレクトロクロミック層は、対向電極層から移動したイオンを受容することが可能である。
【００６９】
いくつかの実施形態では、酸化タングステンまたはドープ酸化タングステンが、エレクトロクロミック層に使用される。本発明の一実施形態において、エレクトロクロミック層は、実質的に、ＷＯｘで作製され、「ｘ」は、エレクトロクロミック層におけるタングステンに対する酸素の原子比率を指し、ｘは、２．７〜３．５である。準化学量論的酸化タングステンだけがエレクトロクロミズムを呈することが示唆されており、すなわち、化学量論的酸化タングステンＷＯ３は、エレクトロクロミズムを呈しない。より具体的な実施形態では、ｘが３．０未満であり、かつ少なくとも約２．７未満であるＷＯｘが、エレクトロクロミック層に使用される。別の実施形態において、エレクトロクロミック層はＷＯｘであり、ｘは、約２．７〜約２．９である。ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）等の手法は、タングステンに結合したもの、およびタングステンに結合しなかったものを含む、酸素原子の総数を確認することができる。いくつかの事例において、ｘが３以上である酸化タングステン層は、おそらく準化学量論的酸化タングステンととともに、結合していない過剰な酸素のため、エレクトロクロミズムを呈する。別の実施形態において、酸化タングステン層は、化学量論的以上の酸素を有し、ここで、ｘは、３．０〜約３．５である。本発明のいくつかの実施形態において、ＥＣ層の少なくとも一部分は、過剰な酸素を有する。このＥＣ層のより高度に酸素化した領域は、ＩＣ層としての役割を果たすイオン伝導性で電子遮断性の領域の形成のための前駆体として使用される。他の実施形態では、少なくとも部分的なイオン伝導性で電子絶縁性の界面領域への最終的な変換に関して、高度に酸素化したＥＣ材料の異なる層が、ＥＣ層とＣＥ層との間に形成される。
【００７０】
一定の実施形態において、酸化タングステンは、結晶、ナノ結晶、または非晶質である。いくつかの実施形態において、酸化タングステンは、実質的にナノ結晶であり、透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）によって特徴付けたときに、平均で約５ｎｍ〜５０ｎｍ（または約５ｎｍ〜２０ｎｍ）の粒度である。酸化タングステンの形態または微細構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）および／または制限視野電子回折（ＳＡＥＤ）等の電子解析を使用して、ナノ結晶を特徴付けてもよい。例えば、ナノ結晶エレクトロクロミック酸化タングステンは、ＸＲＤによる特徴によって特徴付けられてもよく、約１０ｎｍ〜１００ｎｍ（例えば、約５５ｎｍ）の結晶サイズである。さらに、ナノ結晶酸化タングステンは、例えば、数個（約５〜２０）の酸化タングステン単位格子程度の、制限された長距離秩序を呈しうる。
【００７１】
したがって、便宜上、図３Ｂのプロセスフロー３２０の残りは、図４Ａで表される、ＥＣ層４０６の形成を含む第１の実施形態に関してさらに説明する。次いで、図４Ｂおよび４Ｃで表される第２および第３の実施形態は、それぞれ、それぞれのＥＣ層の形成および形態、ならびに／または微細構造に特に重点を置いて、その後に説明する。
【００７２】
図３Ｂに関して述べたように、ＥＣ層が成膜される（３２５参照）。第１の実施形態（図４Ａで表される）において、ＷＯ３を含む実質的に均一なＥＣ層４０６は、積層体４１４ａの一部として形成され、ＥＣ層は、ＣＥ層４１０と直接接触している。一実施形態において、前述したように、ＥＣ層は、ＷＯ３を含む。一実施形態において、加熱は、ＷＯ３の少なくとも一部分の成膜中に適用される。特定の一実施形態では、スパッタターゲットを複数回通過させて、ＷＯ３の一部分が各通過時に成膜され、次の層４０６のＷＯ３の部分を成膜する前にＷＯ３を調節するために、各成膜通過の後に、例えば基材４０２に加熱が適用される。他の実施形態において、ＷＯ３層は、成膜中に継続的に加熱されてもよく、成膜は、スパッタターゲットによる複数回の通過ではなく、連続する様式で行うことができる。一実施形態において、ＥＣ層は、約３００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さである。前述したように、ＥＣ層の厚さは、所望の結果およびＩＣ層の形成方法に依存する。
【００７３】
図４Ａと関連して説明される実施形態において、ＥＣ層は、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さのＷＯ３であり、タングステンターゲットと、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含むスパッタガスとを使用してスパッタリングされ、ＷＯ３がその上に成膜される基材は、ＥＣ層の形成中に、少なくとも断続的に約１５０℃〜約４５０℃に加熱される。特定の実施形態において、ＥＣ層は、約５５０ｎｍの厚さのＷＯ３であり、タングステンターゲットを使用してスパッタリングされ、スパッタガスは、約５０％〜約６０％のＯ２および約４０％〜約５０％のＡｒを含み、ＷＯ３がその上に成膜される基材は、エレクトロクロミック層の形成中に、少なくとも断続的に約２５０℃〜約３５０℃に加熱される。これらの実施形態において、ＷＯ３層は、実質的に均一である。一実施形態において、ＷＯ３は、実質的に多結晶である。成膜中に、少なくとも断続的にＷＯ３を加熱することが、ＷＯ３の多結晶形態の形成に役立つと考えられる。
【００７４】
前述したように、数多くの材料がＥＣ層に好適である。一般的に、エレクトロクロミック材料において、エレクトロクロミック材料の着色（または、任意の光学的性質、例えば、吸光度、反射率、および透過率の変化）は、材料への可逆的なイオン挿入（例えば、インターカレーション）および対応する電荷平衡電子の注入によって引き起こされる。典型的に、光学遷移の原因となる若干のイオンが、エレクトロクロミック材料に不可逆的に結合する。本明細書で説明されるように、不可逆的に結合したイオンの一部もしくは全部は、材料中の「ブラインド電荷」に補うために使用される。大部分のエレクトロクロミック材料において、好適なイオンとしては、リチウムイオン（Ｌｉ＋）および水素イオン（Ｈ＋）（すなわち、陽子）が挙げられる。しかしながら、一部の場合では、他のイオンが好適となる。そのようなイオンとしては、例えば、ジュウテリウムイオン（Ｄ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ＋＋）、バリウムイオン（Ｂａ＋＋）、ストロンチウムイオン（Ｓｒ＋＋）、およびマグネシウムイオン（Ｍｇ＋＋）が挙げられる。本明細書で説明される種々の実施形態では、エレクトロクロミック現象を生じさせるために、リチウムイオンが使用される。酸化タングステン（ＷＯ３−ｙ（０＜ｙ≦約０．３）へのリチウムイオンのインターカレーションは、酸化タングステンを透明（消色状態）から青色（着色状態）に変化させる。ＥＣが酸化タングステンを含む、または酸化タングステンである典型的なプロセスにおいて、リチウムは、例えば、ブラインド電荷（図６および図７を参照して以下で詳細に論じる）を満たすために、例えばスパッタリングを介して、ＥＣ層４０６上に成膜される（図３Ｂのプロセスフローの３３０を参照されたい）。一実施形態において、リチウム化は、成膜ステップ間で真空が中断されない、一体型成膜システムで行われる。いくつかの実施形態において、リチウムは、この段階で添加するのではなく、対向電極層の成膜後に添加することができ、他の実施形態では、リチウムは、ＴＣＯが成膜された後に添加される。
【００７５】
再度図４Ａを参照すると、次に、ＣＥ層４１０が、ＥＣ層４０６上に成膜される。いくつかの実施形態において、対向電極層４１０は、無機および／または固体である。対向電極層は、エレクトロクロミックデバイスが消色状態であるときにイオンの貯蔵部としての役割を果たすことが可能である、多数の異なる材料の１つ以上を含み得る。例えば適切な電位の印加によって開始されるエレクトロクロミック遷移の間に、対向電極層は、それが保持するイオンの一部または全部をエレクトロクロミック層に移動させ、エレクトロクロミック層を着色状態に変化させる。並行して、ＮｉＯおよび／またはＮｉＷＯの場合、対向電極層は、イオンの喪失によって着色する。
【００７６】
いくつかの実施形態において、対向電極のための好適な材料としては、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、ニッケルタングステン酸化物（ＮｉＷＯ）、ニッケルバナジウム酸化物、ニッケルクロム酸化物、ニッケルアルミニウム酸化物、ニッケルマンガン酸化物、ニッケルマグネシウム酸化物、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化マンガン（ＭｎＯ２）、およびプルシアンブルーが挙げられる。光学的に不活性な対向電極は、セリウムチタン酸化物（ＣｅＯ２−ＴｉＯ２）、セリウムジルコニウム酸化物（ＣｅＯ２−ＺｒＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、ニッケルタングステン酸化物（ＮｉＷＯ）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、および酸化物の混合物（例えば、Ｎｉ２Ｏ３およびＷＯ３の混合物）を含む。また、例えばタンタルおよびタングステンを含むドーパントでドープされた、これらの酸化物の配合物が使用されてもよい。対向電極層４１０は、エレクトロクロミック材料が消色状態であるときにエレクトロクロミック材料においてエレクトロクロミック現象を生じさせるために使用されるイオンを含有しているので、対向電極は、好ましくは、これらのイオンを大量に保持するときに高い透過率および中間色を有する。対向電極の形態は、結晶、ナノ結晶、または非晶質であってもよい。
【００７７】
対向電極層がニッケルタングステン酸化物であるいくつかの実施形態において、対向電極材料は、非晶質であるか実質的に非晶質である。実質的に非晶質なニッケルタングステン酸化物の対向電極は、それらの結晶質の対照物と比較して、いくつかの条件下でより良好に機能することが見出された。ニッケルタングステン酸化物の非晶質状態は、下記で説明する一定の処理条件の使用を通して得られ得る。いかなる理論または機構にも拘束されることを望むものではないが、非晶質ニッケルタングステン酸化物は、スパッタリングプロセスにおいて、比較的により高いエネルギーの原子によって生成されると考えられる。より高いエネルギーの原子は、例えば、より高いターゲット電力、より低いチャンバ圧力（すなわち、より高い真空）、および供給源から基材までのより短い距離を伴うスパッタリングプロセスで得られる。説明したプロセスの下で、ＵＶ／熱への曝露下でのより良好な安定性を伴う、より高密度の膜が生成される。
【００７８】
一定の実施形態において、ニッケルタングステン酸化物中に存在するニッケルの量は、ニッケルタングステン酸化物の最高で約９０重量％でとなり得る。具体的な実施形態において、ニッケルタングステン酸化物におけるタングステンに対するニッケルの質量比は、約４：６〜６：４であり、一例では、１：１である。一実施形態において、ＮｉＷＯは、約１５％（原子）〜約６０％のＮｉ、および約１０％〜約４０％のＷである。別の実施形態において、ＮｉＷＯは、約３０％（原子）〜約４５％のＮｉ、および約１５％〜約３５％のＷである。別の実施形態において、ＮｉＷＯは、約３０％（原子）〜約４５％のＮｉ、および約２０％〜約３０％のＷである。一実施形態において、ＮｉＷＯは、約４２％（原子）のＮｉおよび約１４％のＷである。
【００７９】
一実施形態において、ＣＥ層４１０は、前述したように、ＮｉＷＯである（図３Ｂの３３５を参照されたい）。一実施形態において、ＣＥ層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さであり、別の実施形態では、約２００ｎｍ〜約２５０ｎｍの厚さであり、別の実施形態では、約２３０ｎｍの厚さである。
【００８０】
典型的なプロセスでは、ＣＥ層が消色されるまで、リチウムもＣＥ層に添加される。着色状態と消色状態との間の遷移に対する参照は、限定的なものではなく、多数の実装され得るエレクトロクロミック遷移の中の一例を提案したに過ぎない。本明細書で別途指定されない限り、消色−着色間の遷移に対する参照が成されたときはいつでも、対応するデバイスまたはプロセスは、そのような非反射−反射、透明−不透明等の、他の光学的な状態の遷移を包含する。さらに、「消色される」という用語は、例えば、無着色、透明、または半透明といった、光学的に中間の状態を指す。さらに、本明細書で別途指定されない限り、エレクトロクロミック遷移の「色」は、任意の特定の波長または波長範囲に限定されない。当業者によって理解されるように、適切なエレクトロクロミックおよび対向電極材料の選択は、関連する光学遷移を左右する。
【００８１】
特定の実施形態において、リチウムは、例えば、スパッタリングを介して、ＮｉＷＯのＣＥ層に添加される（図３Ｂの３４０を参照されたい）。特定の実施形態では、ＮｉＷＯを完全に消色するのに十分なリチウムが導入された後に、付加的な量のリチウムが添加される（図３Ｂの３４５を参照されたい）（このプロセスは随意であり、一実施形態において、過剰なリチウムは、プロセスのこの段階では添加されない）。一実施形態において、この付加的な量は、対向電極層を消色するために必要とされる量に基づいて、約５％〜約１５％過剰である。別の実施形態において、ＣＥ層に添加される過剰なリチウムは、対向電極層を消色するために必要とされる量に基づいて、約１０％過剰である。ＣＥ層４１０が成膜され、リチウムで消色され、付加的なリチウムが添加された後に、第２のＴＣＯ層４１２が対向電極層の上に成膜される（図３Ｂの３５０を参照されたい）。一実施形態において、透明伝導性酸化物は、インジウムスズ酸化物を含み、別の実施形態において、ＴＣＯ層は、インジウムスズ酸化物である。一実施形態において、この第２のＴＣＯ層は、約２０ｎｍ〜約１２００ｎｍの厚さであり、別の実施形態では、約１００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さであり、別の実施形態では、約３５０ｎｍの厚さである。
【００８２】
再度図４Ａを参照すると、層状構造４００は、完成すると熱化学的調整を受けて、（リチウム拡散または他の機構により、既に変換されていなければ）積層体４１４ａの少なくとも一部がＩＣ層に変換される。積層体４１４ａは、ＥＣ層４０６とＣＥ層４１０との間に、まだイオン伝導性で電子絶縁性の層（または領域）を有していないので、エレクトロクロミックデバイスではなく前駆体である。この特定の実施例では、機能的エレクトロクロミックデバイス４０１を作製するために、２ステップのプロセスで、ＥＣ層４０６の一部分がＩＣ層４０８に変換される。図３Ｂを参照すると、層状構造４００は、ＭＴＣＣを受ける（３５５参照）。一実施形態において、積層体は、最初に、約１０分〜約３０分間不活性雰囲気（例えば、アルゴン）下で、次いで約１分〜約１５分間Ｏ２下で、約１５０℃〜約４５０℃に加熱される。別の実施形態において、積層体は、約１５分間不活性雰囲気下で、次いで、約５分間Ｏ２下で、約２５０℃に加熱される。次に、層状構造４００は、空気下で加熱を受ける。一実施形態において、積層体は、約２０分〜約４０分間空気下で、約２５０℃〜約３５０℃に加熱される。別の実施形態において、積層体は、約３０分間空気下で、約３００℃に加熱される。ＭＴＣＣを実装するために必要なエネルギーは、放射熱エネルギーである必要はない。例えば、一実施形態では、ＭＴＣＣを実行するために紫外線放射が使用される。本発明の範囲を逸脱することなく、他のエネルギー源も使用され得る。
【００８３】
多段階熱化学的調整の後に、プロセスフロー３２０が完了し、機能的エレクトロクロミックデバイスが作成される。前述したように、また、理論に拘束されることを望むものではないが、積層体４１４ａのリチウムは、ＥＣ層４０６および／またはＣＥ層４１０の一部分と結合して、ＩＣ層として機能する界面領域４０８を形成すると考えられる。界面領域４０８は、主にタングステン酸リチウム（Ｌｉ２ＷＯ４）であると考えられ、これは、従来のＩＣ層材料と比較して、良好なイオン伝導性および電子絶縁性を有することが知られている。前述のように、この現象がどのようにして起こるのか、まだ正確に知られていない。イオン伝導性で電子絶縁性の領域４０８をＥＣ層とＣＥ層との間に形成するために、多段階熱化学的調整中に行わなければならない化学反応があるが、例えば前述のようにＣＥ層に添加された過剰なリチウムによって提供される、積層体を通して移動する初期のリチウムフラックスが、ＩＣ層４０８を形成する役割を果たすとも考えられる。イオン伝導性で電子絶縁性の領域の厚さは、用いられる材料および層を形成するためのプロセス条件に応じて変動し得る。いくつかの実施形態において、界面領域４０８は、約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚さであり、別の実施形態では、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さであり、他の実施形態では、約３０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さである。
【００８４】
前述のように、ＥＣ層を作製するための数多くの好適な材料がある。このように、前述した方法で、例えばリチウムまたは他の好適なイオンを使用して、酸素に富むＥＣ材料から出発する、ＩＣ層として機能する他の界面領域を作製することができる。この目的に好適なＥＣ材料としては、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＣｅＯ２が挙げられるが、これらに限定されない。リチウムイオンが使用される特定の実施形態では、ケイ酸リチウム、ケイ酸リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウムアルミニウム、フッ化リチウムアルミニウム、ホウ酸リチウム、窒化リチウム、ケイ酸リチウムジルコニウム、ニオブ酸リチウム、ホウケイ酸リチウム、リンケイ酸リチウム、およびその他のそのようなリチウムに基づくセラミック材料、シリカ、またはリチウム酸化ケイ素を含む酸化ケイ素等が挙げられるが、これらに限定されない、イオン伝導性材料を、ＩＣ層として機能する界面領域として作製することができる。
【００８５】
前述したように、一実施形態において、イオン伝導性領域の前駆体は、本明細書で説明されるように、リチウム化およびＭＴＣＣを介して、イオン伝導性で電子絶縁性の領域に転換される、酸素に富む（超化学量論的）層である。理論に拘束されることを望むものではないが、リチウム化に応じて、過剰な酸素が酸化リチウムを形成し、さらに、タングステン酸リチウム（Ｌｉ２ＷＯ４）、モリブデン酸リチウム（Ｌｉ２ＭｏＯ４）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸リチウム（Ｌｉ２ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸リチウム（Ｌｉ２ＺｒＯ３）等の、リチウム塩、すなわち、リチウム電解質を形成すると考えられる。一実施形態において、界面領域は、酸化タングステン（ＷＯ３＋ｘ、０≦ｘ≦１．５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３＋ｘ、０≦ｘ≦１．５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５＋ｘ、０≦ｘ≦２）、酸化チタン（ＴｉＯ２＋ｘ、０≦ｘ≦１．５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５＋ｘ、０≦ｘ≦２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２＋ｘ、０≦ｘ≦１．５）、および酸化セリウム（ＣｅＯ２＋ｘ、０≦ｘ≦１．５）のうちの少なくとも１つを含む。
【００８６】
しかしながら、低欠陥性で製作することができ、対向電極層４１０とエレクトロクロミック層４０６との間のイオンの通過は可能にするが、電子の通過は実質的に阻止することを可能にするのであれば、あらゆる材料をイオン伝導性の界面領域に使用してもよい。材料は、イオンに対して実質的に伝導性であり、電子に対して実質的に抵抗性であることを特徴としてもよい。一実施形態において、イオン伝導体材料は、約１０−１０ジーメンス／ｃｍ（またはオーム−１ｃｍ−１）〜約１０−３ジーメンス／ｃｍのイオン伝導性、および１０５オーム・ｃｍを超える電子抵抗を有する。別の実施形態において、イオン伝導体材料は、約１０−８ジーメンス／ｃｍ〜約１０−３ジーメンス／ｃｍのイオン伝導性、および１０１０オーム・ｃｍを超える電子抵抗を有する。イオン伝導層は、一般的に、漏れ電流を阻止する（例えば、多くても約１５μＡ／ｃｍ２の漏れ電流を提供する）はずであるが、本明細書で説明されるように製作されるいくつかのデバイスは、例えば約４０μΑ／ｃｍ２〜約１５０μΑ／ｃｍ２という驚くべき高い漏れ電流を有し、さらに、デバイス全体にわたって良好な色変化および効率的な動作を提供することを見出した。
【００８７】
前述のように、積層体の形成後に、ＥＣ層とＣＥ層との間にイオン伝導性で電子絶縁性の領域を作成する、少なくとも２つの他の方法がある。これらの付加的な実施形態は、酸化タングステンがＥＣ層に使用される特定の実施例に関して、下記で説明する。また、前述のように、ＩＣ層の性質を伴う界面領域は、例えばリチウム拡散または熱がＥＣ層および／またはＣＥ層の一部を界面領域に変換するときに、積層体の製作中に原位置で形成され得る。
【００８８】
概して、そのプロセスの後にイオン伝導性領域を作成することには一定の利益がある。最初に、イオン伝導性材料は、ＥＣ層およびＣＥ層の成膜およびリチウム化中に起こる、苛酷な処理のいくつかから保護され得る。例えば、プラズマ処理によるこれらの層の成膜は、しばしば、積層体の近位で、しばしば約１５〜２０ボルトの大きい電圧降下を伴う。そのような大きい電圧は、敏感なイオン伝導性材料に損傷を与えるか、またはそれを破壊する可能性がある。ＩＣ材料の形成をプロセスの後に移行することによって、材料は、潜在的に損傷を与える電圧極値に曝露されない。第２に、プロセスの後の方でＩＣ材料を形成することによって、ＥＣ層およびＣＥ層双方の完成前には不可能である、いくつかのプロセス条件に対して良好な制御を有し得る。これらの条件としては、電極間のリチウム拡散および電流の流れが挙げられる。プロセスの後の方でこれらの、および他の条件を制御することで、ＩＣ材料の物理的および化学的性質を特定の適用に合わせるためのさらなる柔軟性を提供する。したがって、本発明の利益の全てが、ＩＣ層としての機能を果たす一意の界面領域に起因しているというわけではなく、すなわち、製造およびその他による利益もある。
【００８９】
本明細書で説明される実施形態のいくつかに従って形成されるイオン伝導性材料は、ＩＣ層を形成するための従来の方法（例えば、ＩＣ材料ターゲットからのＰＶＤ）を使用して製作されたデバイスと比較したときに、優れた性能を有することが観察された。例えば、本デバイスのスイッチング速度は、非常に速く、従来のデバイスが２０〜２５分以上であることに比較して、終了状態の約８０％を達成するまでに、１０分未満であり、一実施例では、約８分であることが見出された。いくつかの事例において、本明細書で説明されるデバイスは、従来のデバイスよりも数桁程度良好なスイッチング速度を有する。これは、おそらく、例えばＥＣと界面領域との間の、および／またはＣＥと界面領域との間の、界面領域および／または勾配界面に配置される、より多量の容易に移動可能なリチウムに起因する。そのようなリチウムは、界面領域に存在するＩＣ相とともに混在するＥＣ相および／またはＣＥ相にあり得る。また、おそらく、界面領域に存在するＩＣ材料の比較的に薄い層またはネットワークにも起因する。この見解の裏付けとして、本明細書の教示に従って製作されるいくつかのデバイスが、高い漏れ電流を有すること、さらに驚くべきことに、良好な色変化および良好な有効性を呈することが観察された。一部の場合では、確実に機能するデバイスの漏れ電流密度が、少なくとも約１００μΑ／ｃｍ２であることが見出された。
【００９０】
次に図４Ｂを参照すると、第２の実施形態において、最初に配置された積層体４１４ｂのＥＣ材料は、実際は２つの層である。すなわち、図４Ａの層４０６に類似しているが、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍの厚さであり、タングステンターゲットと、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒ含む第１のスパッタガスとを使用してスパッタリングされる、第１のＷＯ３層４０６、および約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さであり、タングステンターゲットと、約７０％〜１００％のＯ２および０％〜約３０％のＡｒを含む第２のスパッタガスとを使用してスパッタリングされる、第２のＷＯ３層４０５である。この実施形態において、熱は、第１のＷＯ３層４０６の成膜中に、基材４０２を、少なくとも断続的に約１５０℃〜約４５０℃に加熱することによって印加されるが、第２のＷＯ３層４０５の成膜中には印加されないか、または実質的に印加されない。より具体的な実施形態において、層４０６は、約４００ｎｍの厚さであり、第１のスパッタガスは、約５０％〜約６０％のＯ２および約４０％〜約５０％のＡｒを含み、第２のＷＯ３層４０５は、約１５０ｎｍの厚さであり、第２のスパッタガスは、実質的に純Ｏ２である。この実施形態において、熱は、第１のＷＯ３層４０６の成膜中に、少なくとも断続的に約２００℃〜約３５０℃に印加されるが、第２のＷＯ３層４０５の成膜中には、印加されないか、または実質的に印加されない。このようにして、第１のＷＯ３層は、実質的に多結晶であるが、第２のＷＯ３層は、必ずしもそうではない。
【００９１】
再度図４Ｂを参照すると、図３Ｂおよび図４Ａに関連して前述したように、積層体は、ブラインド電荷をほぼまたは実質的に満たすようにＥＣ層４０６および４０５をリチウム化し、ＣＥ層４１０を成膜し、ＣＥ層を消色状態までリチウム化し、付加的なリチウムを添加し、そして、第２のＴＣＯ層４１２を成膜することによって完成され、層状の積層体４０３が完成する。層状の積層体４０７、すなわち、イオン伝導性で電子絶縁性の領域４０８ａを含む機能エレクトロクロミックデバイスを提供するために、類似した熱化学的調整が、層状の積層体４０３に行われる。理論に拘束されることを望むものではないが、この実施例では、ＷＯ３の酸素に富む層４０５が、主に、界面領域４０８ａを形成するための前駆体材料源としての役割を果たすと考えられる。この実施例では、酸素に富むＷＯ３層全体が、界面領域４０８ａに変換されるように表されているが、常に当てはまるわけではない。いくつかの実施形態では、酸素に富む層の一部分だけが変換されて、ＩＣ層の機能を果たす界面領域を形成する。
【００９２】
次に図４Ｃを参照すると、第３の実施形態において、層状の積層体４０９は、ＷＯ３の勾配組成を有し、かつ積層体４１４ｃの一部として形成される、ＥＣ層４０６ａを含み、この勾配組成は、様々なレベルの酸素を含む。１つの限定的でない実施例において、ＥＣ−ＣＥ層（４１０）の界面でのＥＣ層４０６ａ中の酸素濃度は、例えば、ＴＣＯ層４０４とＥＣ層４０６ａとの界面での濃度よりも高い。
【００９３】
一実施形態において、ＥＣ層４０６ａは、勾配組成のＷＯ３層であり、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さであり、タングステンターゲットと、スパッタガスであって、エレクトロクロミック層のスパッタリングの開始時に、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含み、エレクトロクロミック層のスパッタリングの終了時に、約７０％〜１００％のＯ２および０％〜約３０％のＡｒを含む、スパッタガスを使用して、スパッタリングされ、熱は、ＥＣ層４０６ａの形成の開始時に、例えば基材４０２に、少なくとも断続的に約１５０℃〜約４５０℃に印加されるが、ＥＣ層４０６ａの少なくとも最終部分の成膜中には、印加されないか、または実質的に印加されない。より具体的な実施形態において、勾配組成のＷＯ３層は、約５５０ｎｍの厚さであり、スパッタガスは、エレクトロクロミック層のスパッタリングの開始時に、約５０％〜約６０％のＯ２および約４０％〜５０％のＡｒを含み、スパッタガスは、エレクトロクロミック層のスパッタリング終了時に、実質的に純Ｏ２であり、熱は、エレクトロクロミック層の形成の開始時に、例えば基材４０２に、少なくとも断続的に約２００℃〜約３５０℃に印加されるが、エレクトロクロミック層の少なくとも最終部分の成膜中には、印加されないか、または実質的に印加されない。一実施形態において、熱は、成膜の開始時に、説明された温度範囲で印加され、徐々に印加を減少させ、ＥＣ層の約半分が成膜された時点で熱の印加を止める一方で、スパッタガスの組成は、ＥＣ層の成膜中に実質的に線形速度で、約５０％〜約６０％のＯ２および約４０％〜約５０％のアルゴンから、最終的には実質的に純Ｏ２に調整される。
【００９４】
より一般的には、界面領域は、必ずではないが、典型的に、異なる相および／または組成によって表される少なくとも２つの別個の成分を含む、不均一構造を有する。さらに、界面領域は、イオン伝導性材料およびエレクトロクロミック材料（例えば、タングステン酸リチウムおよび酸化タングステンの混合物）等の勾配をこれらの２つ以上の別個の成分に含んでもよい。勾配は、例えば、可変組成微細構造、比抵抗、ドーパント濃度（例えば、酸素濃度）、化学量論、密度、および／または粒度状態を提供し得る。勾配は、線状遷移、シグモイド遷移、ガウス遷移等を含む、多数の異なる遷移形態を有してもよい。一実施例において、エレクトロクロミック層は、超化学量論的酸化タングステン領域に遷移する、酸化タングステン領域を含む。超化学量論的酸化物領域の一部または全部が、界面領域に変換される。最終構造において、酸化タングステン領域は、実質的に多結晶であり、微細構造は、界面領域で実質的に非晶質に遷移する。別の実施例において、エレクトロクロミック層は、ニオブ（超化学量論的）酸化物領域に遷移する、酸化タングステン領域を含む。酸化ニオブ領域の一部または全部は、界面領域に変換される。最終構造において、酸化タングステン領域は、実質的に多結晶であり、微細構造は、界面領域で実質的に非晶質に遷移する。
【００９５】
再度図４Ｃを参照すると、図３Ｂおよび４Ａに関連して前述したように、積層体は、ブラインド電荷をほぼまたは実質的に満たすようにＥＣ層４０６ａをリチウム化し、ＣＥ層４１０を成膜し、ＣＥ層を消色状態までリチウム化し、付加的なリチウムを添加し、そして、第２のＴＣＯ層４１２を成膜することによって完成され、層状の積層体４０９が完成する。層状の積層体４１１、すなわち、イオン伝導性で電子絶縁性の領域４０８ｂと、機能エレクトロクロミックデバイス４１１のＥＣ層としての役割を果たす元の勾配ＥＣ層４０６ａの少なくとも一部分とを含む、機能エレクトロクロミックデバイスを提供するために、類似した多段階熱化学的調整が、層状の積層体４０９に行われる。理論に拘束されることを望むものではないが、この実施例では、ＷＯ３の傾斜層の一番上の酸素に富む部分が、主に、勾配界面領域４０８ｂを形成すると考えられる。理論に拘束されることを望むものではないが、界面領域の形成は、自己制限性で、かつ積層体中の酸素、リチウム、エレクトロクロミック材料、および／または対向電極材料の相対量に依存することがあり得る。
【００９６】
本明細書で説明される種々の実施形態において、エレクトロクロミック積層体は、一定の処理段階中に加熱されない、または実質的に加熱されないものとして説明されている。一実施形態において、積層体は、加熱ステップの後に、（例えば、ヒートシンクを使用して）能動的または受動的に冷却される。本発明の装置は、能動的または受動的冷却構成要素を含み、例えば、能動的冷却は、流体循環を介して冷却されるプラテン、（例えば、膨張によって）冷却したガスへの曝露を介した冷却、冷蔵ユニット等を含むことができる。受動的冷却構成要素は、金属塊等のヒートシンクを含むことができるか、または、熱への曝露から基材を除去する。
【００９７】
本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であり、該方法は、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層、または対向電極材料を含む対向電極層のいずれかを形成することと、（ｂ）エレクトロクロミック層または対向電極層の上に中間層を形成することであって、酸素に富む形態のエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つを含み、付加的な材料は、異なるエレクトロクロミック材料および／または対向電極材料を含み、実質的に電子絶縁性ではない中間層を形成することと、（ｃ）エレクトロクロミック層および対向電極層のうちの他方を形成することと、（ｄ）中間層の少なくとも一部分が、実質的に電子絶縁性になることを可能にすることと、を含む。一実施形態において、エレクトロクロミック材料は、ＷＯ３である。別の実施形態において、（ａ）は、タングステンターゲットと、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含む第１のスパッタガスとを使用して、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍの厚さに達するようにＷＯ３をスパッタリングすることと、エレクトロクロミック層の形成中に、少なくとも断続的に約１５０℃〜約４５０℃に加熱することと、を含む。別の実施形態において、（ｂ）は、加熱せずに、タングステンターゲットと、約７０％〜１００％のＯ２および０％〜約３０％のＡｒを含む第２のスパッタガスとを使用して、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さに達するようにＷＯ３をスパッタリングすることを含む。さらに別の実施形態において、本方法は、ブラインド電荷がほぼまたは実質的に満たされるまで、リチウムを中間層の上にスパッタリングすることをさらに含む。一実施形態において、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さのＮｉＷＯを含む。別の実施形態において、リチウムは、対向電極層が消色されるまで、対向電極層の上にスパッタリングされる。別の実施形態では、対向電極層を消色するために必要とされる量に基づいて約５％〜約１５％過剰な付加的な量のリチウムを、対向電極層上にスパッタリングする。別の実施形態では、透明伝導性酸化物層が、対向電極層の上に成膜される。一実施形態において、透明伝導性酸化物は、インジウムスズ酸化物を含み、別の実施形態において、透明伝導性酸化物は、インジウムスズ酸化物である。別の実施形態において、前述した実施形態によって形成された積層体は、約１０分〜約３０分間Ａｒ下で、次いで約１分〜約１５分間Ｏ２下で、約１５０℃〜約４５０℃に加熱され、そして、約２０分〜約４０分間空気下で、約２５０℃〜約３５０℃に加熱される。
【００９８】
別の実施形態において、（ａ）は、式ＭＯｘの第１のエレクトロクロミック材料をスパッタリングすることを含み（式中、Ｍは、金属またはメタロイド元素であり、ｘは、Ｍに対する化学量論的酸素の比率を示す）、（ｂ）は、中間層として、式ＮＯｙの第２のエレクトロクロミック材料をスパッタリングすることを含む（式中、Ｎは、同じもしくは異なる金属、または半金属元素であり、ｙは、Ｎに対する化学量論的酸素量の比率を示す）。一実施形態において、Ｍは、タングステンであり、Ｎは、タングステンである。別の実施形態において、Ｍは、タングステンであり、Ｎは、ニオブ、シリコーン、タンタル、チタン、ジルコニウム、およびセリウムから成る群から選択される。
【００９９】
本発明の別の実施形態は、エレクトロクロミックデバイスであり、該エレクトロクロミックデバイスは、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層と、（ｂ）対向電極材料を含む対向電極層と、（ｃ）エレクトロクロミック層と対向電極層との間の界面領域と、を含み、界面領域は、電子絶縁性でイオン伝導性の材料、ならびにエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つを含み、付加的な材料は、異なるエレクトロクロミック材料または対向電極材料を含む。
【０１００】
一実施形態において、電子絶縁性でイオン伝導性の材料、ならびにエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つは、界面領域内に実質的に一様に分布する。別の実施形態において、電子絶縁性でイオン伝導性の材料、ならびにエレクトロクロミック材料、対向電極材料、および付加的な材料のうちの少なくとも１つは、層に対して垂直な方向に組成勾配を含む。２つの前述した実施形態のいずれかに従う別の実施形態において、電子絶縁性でイオン伝導性の材料は、タングステン酸リチウムを含み、エレクトロクロミック材料は、酸化タングステンを含み、対向電極材料は、ニッケルタングステン酸化物を含む。前述した実施形態の具体的な実装では、いかなる付加的な材料もない。一実施形態において、エレクトロクロミック層は、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さであり、界面領域は、約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚さであり、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さである。別の実施形態において、エレクトロクロミック層は、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さであり、界面領域は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さであり、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約２５０ｎｍｎｍの厚さである。さらに別の実施形態において、エレクトロクロミック層は、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍの厚さであり、界面領域は、約３０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さであり、対向電極層は、約２００ｎｍ〜約２５０ｎｍｎｍの厚さである。
【０１０１】
別の実施形態は、エレクトロクロミックデバイスを製作する方法であて、該方法は、約４０％〜約８０％のＯ２および約２０％〜約６０％のＡｒを含むスパッタガスで、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さまでＷＯ３を生成するように、タングステンターゲットをスパッタリングすることであって、ＷＯ３がその上に成膜される基材は、エレクトロクロミック層の形成中に、少なくとも断続的に約１５０℃〜約４５０℃に加熱される、成膜することと、ブラインド電荷が満たされるまで、リチウムをエレクトロクロミック層の上にスパッタリングすることと、最初にイオン伝導性で電子絶縁性の層をエレクトロクロミック層と対向電極層との間に提供せずに、エレクトロクロミック層上に対向電極層を成膜することであって、対向電極層は、ＮｉＷＯを含む、成膜することと、対向電極層が実質的に消色されるまで、リチウムを対向電極層の上にスパッタリングすることと、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に界面領域を形成することであって、実質的にイオン伝導性で、かつ実質的に電子絶縁性である界面領域を形成することと、を含む。一実施形態において、界面領域を形成することは、積層体単独の、または基材、伝導層、および／もしくはカプセル化層を伴ったＭＴＣＣを含む。
【０１０２】
本発明のエレクトロクロミックデバイスは、例えば、一定の光学性質を改善する、耐湿性または耐スクラッチ性を提供する、エレクトロクロミックデバイスを密閉する等のために、１つ以上の不活性層等の１つ以上の付加的な層（図示せず）を含むことができる。必ずではないが、典型的に、キャッピング層は、エレクトロクロミック積層体上に成膜される。いくつかの実施形態において、キャッピング層は、ＳｉＡｌＯである。いくつかの実施形態において、キャッピング層は、スパッタリングによって成膜される。一実施形態において、キャッピング層の厚さは、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【０１０３】
前述した論議から、本発明のエレクトロクロミックデバイスは、例えば、酸素およびアルゴンスパッタガスとともに、タングステンターゲット、ニッケルターゲット、およびリチウムターゲットを有する、単一のチャンバ装置、例えばスパッタツールで作製することができることを認識されたい。前述したように、従来の異なるＩＣ層の目的に役立つように形成される界面領域の性質のため、ＩＣ層をスパッタリングするための別のターゲットは不要である。発明者らは、例えば高スループットの様式で、本発明のエレクトロクロミックデバイスを製作することに特に関心があり、したがって、基材が一体型成膜システムを通過するにつれて、逐次的に本発明のエレクトロクロミックデバイスを製作することができる装置を有することが望ましい。例えば、発明者らは、エレクトロクロミックデバイスを窓に、特に（前掲の）建築用ガラススケール窓上に製作することに特に関心がある。
【０１０４】
したがって、本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスを製作するための装置であり、該装置は、（ｉ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層を成膜するように構成される、材料源を含む第１の成膜ステーション、および（ｉｉ）対向電極材料を含む対向電極層を成膜するように構成される、第２の成膜ステーションを含む、一体型成膜システムと、積層体を基材上に逐次的に成膜する様式で、第１および第２の成膜ステーションに基材を通過させるためのプログラム命令を含むコントローラであって、該積層体は、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に挟まれる中間層を有する、コントローラと、を含み、第１の成膜ステーションおよび第２の成膜ステーションの一方または双方は、エレクトロクロミック層または対向電極層の上に中間層を成膜するように構成され、中間層は、酸素に富む形態のエレクトロクロミック材料または対向電極材料を含み、第１および第２の成膜ステーションは、直列に相互接続され、基材を外部環境に曝露せずに、一方のステーションから次のステーションまで基材を通過させるように動作可能である。一実施形態において、本発明の装置は、真空を中断せずに一方のステーションから次のステーションまで基材を通過させるように動作可能であり、また、リチウム含有材料源からのリチウムをエレクトロクロミックデバイスの１つ以上の層上に成膜するように動作可能な、１つ以上のリチウム化ステーションを含んでもよい。一実施形態において、本発明の装置は、エレクトロクロミック積層体を建築用ガラス基材上に成膜するように動作可能である。
【０１０５】
一実施形態において、本装置は、真空を中断せずに一方のステーションから次のステーションまで基材を通過させるように動作可能である。別の実施形態において、本一体型成膜システムは、リチウム含有材料源からのリチウムをエレクトロクロミック層、中間層、および対向電極層のうちの１つ以上に成膜するように動作可能な、１つ以上のリチウム化ステーションをさらに含む。さらに別の実施形態において、本一体型成膜システムは、積層体を建築用ガラス基材上に成膜するように動作可能である。別の実施形態において、本一体型成膜システムは、建築用ガラス基材を一体型成膜システムに通過させる間、垂直配向に保持するように動作可能な、基材保持具および搬送機構をさらに含む。別の実施形態において、本装置は、基材を外部環境と一体型成膜システムとの間に通過させるための、１つ以上のロードロックをさらに含む。別の実施形態において、本装置は、１つ以上のリチウム成膜ステーションが、第１の成膜ステーションおよび第２の成膜ステーションのうちの少なくとも１つから分離することを可能にするように動作可能な、少なくとも１つのスリット弁をさらに含む。一実施形態において、本一体型成膜システムは、基材を加熱するように構成される、１つ以上のヒーターを含む。
【０１０６】
図５は、より詳細な内部の切欠図を伴う斜視図で、一体型成膜システム５００の簡略表現を表す。この実施例において、システム５００は、モジュール式であり、入口ロードロック５０２および出口ロードロック５０４は、成膜モジュール５０６に接続される。例えば、建築用ガラス基材５２５を装填するための入口ポート５１０がある（ロードロック５０４は、対応する出口ポートを有する）。基材５２５は、パレット５２０によって支持され、トラック５１５に沿って進行する。この実施例において、パレット５２０は、吊り下げによりトラック５１５によって支持されるが、パレット５２０はまた、装置５００の底部の近くに位置するトラックの上、または例えば、装置５００の頂部と底部との間の中途にあるトラックの上で支持することもできる。パレット５２０は、システム５００を通して前方および／または後方に（両側矢印によって指示されるように）平行移動することができる。例えば、リチウムの成膜中に、所望のリチウム化を達成するために、基材をリチウムターゲット５３０の前で前方および後方に移動させて、複数回通過させてもよい。この機能は、リチウムターゲットに限定されず、例えば、タングステンターゲットを基材に複数回通過させるか、または基材をタングステンターゲットの前に前進／後退運動により通過させて、例えば、エレクトロクロミック層を成膜してもよい。パレット５２０および基材５２５は、実質的に垂直配向である。実質的に垂直配向に限定していないが、垂直配向は、例えばスパッタリングによる原子の凝集によって発生し得る粒子状物質が重力に負けて、したがって基材５２５上に沈着しなくなる傾向があるので、欠陥の防止に役立ち得る。また、建築用ガラス基材は、大型になる傾向があるので、基材が一体型成膜のステーションを横断するときにそれを垂直に配向することは、より薄い高温ガラスで起こるたるみ対する懸念が少なくなり、より薄いガラス基材の被覆を可能にする。
【０１０７】
ここでは円筒ターゲットであるターゲット５３０は、成膜が行われる基材表面に対して実質的に平行に、かつその前に配向される（便宜上、ここでは他のスパッタ手段は表されない）。基材５２５は、成膜中にターゲット５３０を通り過ぎて平行移動させることができ、および／またはターゲット５３０を、基材５２５の前を移動させることができる。ターゲット５３０の運動経路は、基材５２５の経路に沿った平行移動に限定されない。ターゲット５３０は、その長さを通る軸に沿って回転させる、基材の経路に沿って（前方および／または後方に）平行移動させる、基材の経路に垂直な経路に沿って平行移動させる、基材５２５に平行な面の中を円形の経路で移動させる等を行ってもよい。ターゲット５３０は、円筒である必要はなく、平面とするか、または所望の性質を伴う所望の層の成膜に必要なあらゆる形状とすることができる。また、各成膜ステーションには２つ以上のターゲットがあってもよく、および／または所望のプロセスに応じてターゲットをステーションからステーションまで移動させてもよい。本発明の一体型成膜システムの種々のステーションは、モジュール式であってもよいが、接続したときに、システム内の種々のステーションで基材を処理するために、制御された周囲環境が確立されて、維持される連続システムを形成する。
【０１０８】
一体型成膜システム５００を使用してどのようにエレクトロクロミック材料が成膜されるのかという、より詳細な態様は、前掲した、米国特許出願第１２／６４５，１１１号および第１２／６４５，１５９号で説明されている。
【０１０９】
一体型成膜システム５００は、システム内の制御された周囲環境を確立して、維持する、種々の真空ポンプ、ガス入口、圧力センサ等も有する。これらの構成要素は、図示されないが、当業者には理解されるであろう。システム５００は、例えば、図５においてＬＣＤおよびキーボード５３５によって表される、コンピュータシステムまたは他のコントローラを介して制御される。当業者は、本発明の実施形態が、１つ以上のコンピュータシステムに記憶された、またはそれを通して転送されるデータを伴う種々のプロセスを用い得ることを認識するであろう。本発明の実施形態は、これらの動作を行うためのそのようなコンピュータおよびマイクロコントローラにも関する。これらの装置およびプロセスは、本発明の方法のエレクトロクロミック材料を成膜するために用いられてもよく、また、そのような材料を実装するように設計された装置であってもよい。本発明の制御装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよく、またはコンピュータプログラムおよび／もしくはコンピュータに記憶されたデータ構造によって選択的に起動または再構成される、汎用コンピュータであってもよい。本明細書で提示されるプロセスは、本質的に、任意の特定のコンピュータまたは他の装置に関連しない。具体的には、種々の汎用機械が、本明細書の教示に従って書かれたプログラムで使用されてもよく、または必要とされる方法およびプロセスを行うおよび／もしくは制御するために、より特殊化した装置を構築することがより好都合であり得る。
【０１１０】
前述した説明、特に図３Ａ〜３Ｂから、本発明の方法によれば、エレクトロクロミックデバイスを作製することができるだけでなく、例えば本明細書で説明されるように、一部の場合において、以降の処理によってエレクトロクロミックデバイスに変換することができる、層状の積層体、例えば４００、４０３、および４０９を事前に作成することもできる。機能エレクトロクロミックデバイスではないが、ＥＣ層とＣＥ層との間にイオン伝導性で電子絶縁性の領域を有しないことにより、そのような「エレクトロクロミックデバイス前駆体」が、特に有用性のあるものになり得る。これは、特に、デバイス前駆体が本明細書で説明されるように高純度で一体型処理装置において製造させる場合に当てはまり、材料層は、例えば真空が決して中断されることのない、制御された周囲環境下で全てが成膜される。このようにして、高純度で低欠陥の材料が積み重ねられ、一体型システムを出る前に、最終的に、例えば、最後のＴＣＯ層によって、および／またはキャッピング層によって本質的に「密閉」される。
【０１１１】
前述した本発明のエレクトロクロミックデバイスと同様に、エレクトロクロミックデバイス前駆体は、例えば、一定の光学性質を改善する、耐湿性または耐スクラッチ性を提供する、エレクトロクロミックデバイス前駆体を密閉する等のために、１つ以上の不活性層等の１つ以上の付加的な層（図示せず）を含むことができる。一実施形態において、キャッピング層は、前駆体積層体のＴＣＯ層上に成膜される。いくつかの実施形態において、キャッピング層は、ＳｉＡｌＯである。いくつかの実施形態において、キャッピング層は、スパッタリングによって成膜する。一実施形態において、キャッピング層の厚さは、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍである。キャップ層を定位置に伴う以降の処理は、環境からの混入を伴わずに、すなわち、キャッピング層の付加的な保護を伴って、ＩＣ層を形成する。
【０１１２】
積層体構造内部が外部環境から保護されており、また、前駆体積層体を機能デバイスに変換するための最後の調整ステップには、それほど厳しい純度条件が必要ではないので、機能エレクトロクロミックデバイスへの変換は、所望であれば、一体型システムの外側で生じさせることができる。そのような積層エレクトロクロミックデバイス前駆体は、例えば、必要なときにだけエレクトロクロミックデバイスに変換するため、寿命がより長くなることや、例えば、変換パラメータが改善されたとき、もしくは最終製品のニーズおよび従うべき品質標準に応じて変換するために、異なる変換チャンバおよび／または顧客の場所に送られるときに貯蔵して、使用することができる、単一の前駆体積層体を有することによる柔軟性、といった利点を有することができる。また、そのような前駆体積層体は、試験目的、例えば、品質制御または研究努力に有用である。
【０１１３】
故に、本発明の一実施形態は、エレクトロクロミックデバイス前駆体であり、該前駆体は、（ａ）基材と、（ｂ）基材上の第１の透明伝導性酸化物層と、（ｃ）第１の透明伝導性酸化物層上の積層体であって、該積層体が、（ｉ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層、および（ｉｉ）対向電極材料を含む対向電極層を含み、該積層体が、エレクトロクロミック層と対向電極層との間にイオン伝導性で電子絶縁性の領域を含まない、積層体と、（ｄ）積層体の上の第２の透明伝導性酸化物層と、を含む。一実施形態において、エレクトロクロミック層は、酸化タングステンを含み、対向電極層は、ニッケルタングステン酸化物を含む。一実施形態において、積層体およびエレクトロクロミック層のうちの少なくとも１つは、リチウムを含有する。別の実施形態において、エレクトロクロミック層は、少なくとも対向電極層との界面に超化学量論的酸素含量を伴う、酸化タングステンである。別の実施形態において、積層体は、対向電極層とエレクトロクロミック層との間にＩＣ前駆体層を含み、ＩＣ前駆体層は、エレクトロクロミック層の含量よりも多い酸素含量を伴う、酸化タングステンを含む。ＥＣ層とＣＥ層との間にＩＣ前駆体層がない一実施形態において、エレクトロクロミック層は、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さであり、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さである。ＥＣ層とＣＥ層との間にＩＣ前駆体層がある別の実施形態において、エレクトロクロミック層は、約３５０ｎｍ〜約４００ｎｍの厚さであり、ＩＣ前駆体層は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さであり、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さである。一実施形態において、本明細書で説明される前駆体デバイスは、機能エレクトロクロミックデバイスに変換するために、加熱に曝露される。一実施形態において、加熱は、ＭＴＣＣの一部である。
【０１１４】
別の実施形態は、エレクトロクロミックデバイスであり、該エレクトロクロミックデバイスは、（ａ）エレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック層と、（ｂ）対向電極材料を含む対向電極層と、を含み、本デバイスは、エレクトロクロミック層と対向電極層との間に電子絶縁性でイオン伝導性の材料の組成的に均一な層を含有しない。一実施形態において、エレクトロクロミック材料は、酸化タングステンであり、対向電極材料は、ニッケルタングステン酸化物であり、エレクトロクロミック層と対向電極層との間には、タングステン酸リチウムと、酸化タングステンおよびニッケルタングステン酸化物のうちの少なくとも１つとの混合物を含む界面領域がある。別の実施形態において、エレクトロクロミック層は、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さであり、界面領域は、約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚さであり、対向電極層は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さである。
【実施例】
【０１１５】
図６は、本発明のエレクトロクロミックデバイスを製作するためのプロトコルとして使用される、プロセスフローのグラフである。ｙ軸の単位は、光学密度であり、ｘ軸の単位は、時間／プロセスフローである。この実施例において、エレクトロクロミックデバイスは、図４Ａに関連して説明したものに類似して製作され、基材は、第１のＴＣＯとして、フッ素化酸化スズを有するガラスであり、ＥＣ層は、マトリクス中に過剰な酸素を伴うＷＯ３（例えば、タングステンターゲットと、約６０％のＯ２および約４０％のＡｒのスパッタガスとを使用してスパッタリングしたもの）であり、ＣＥ層は、ＥＣ層の上に形成されて、ＮｉＷＯで作製され、第２のＴＣＯは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。リチウムは、エレクトロクロミック遷移のためのイオン源として使用される。
【０１１６】
光学密度は、エレクトロクロミックデバイスの製作における終了点を判定するために使用する。グラフの原点から始まり、光学密度は、ＥＣ層のＷＯ３が基材上に成膜される（ガラス＋ＴＣＯ）につれて測定される。ガラス基材の光学密度は、約０．０７（吸光度単位）の基準光学密度値を有する。酸化タングステンは、実質的に透明であるが、一部の可視光を吸収するので、光学密度は、ＥＣ層が構築されるにつれてその地点から増加する。前述した約５５０ｎｍの厚さという所望の厚さの酸化タングステン層の場合、光学密度は、約０．２まで上昇する。酸化タングステンのＥＣ層の成膜後に、リチウムは、「Ｌｉ」で表される第１の期間によって示されるように、ＥＣ層上にスパッタリングされる。この期間中に、光学密度は、曲線に沿ってさらに約０．４まで増加し、これは、酸化タングステンのブラインド電荷が満足されたことを示し、リチウムが添加されるにつれて、酸化タングステンが着色する。「ＮｉＷＯ」で表される期間は、ＮｉＷＯ層の成膜を示し、その間、ＮｉＷＯが着色されるので、光学密度が増加する。光学密度は、ＮｉＷＯ成膜中に、約２３０ｎｍの厚さのＮｉＷＯ層の添加に対して、約０．４から約０．９までさらに増加する。ＮｉＷＯ層が成膜されるときに、一部のリチウムがＥＣ層からＣＥ層に拡散し得ることに留意されたい。これは、ＮｉＷＯの成膜中に、または少なくとも成膜の初期段階中に、光学密度を比較的低い値に維持する役割を果たす。
【０１１７】
「Ｌｉ」で表される第２の期間は、ＮｉＷＯのＥＣ層へのリチウムの添加を示す。ＮｉＷＯのリチウム化がＮｉＷＯを消色するので、光学密度は、この段階中に約０．９から約０．４に減少する。リチウム化は、ＮｉＷＯが消色されるまで行われ、約０．４という極小値の光学密度を含む。ＷＯ３層がさらにリチウム化されて、光学密度を補償するので、光学密度は、約０．４で最低値になる。次に、「過剰Ｌｉ」という期間によって示されるように、付加的なリチウムがＮｉＷＯ層の上にスパッタリングされる。この実施例では、ＮｉＷＯを消色するために添加されたリチウムと比較して、約１０％の付加的なリチウムである。光学密度は、この段階中にわずかに増加する。次に、グラフにおいて「ＩＴＯ」で示されるように、インジウムスズ酸化物のＴＣＯが添加される。光学密度は、インジウムスズ酸化物層の形成中に、再度、約０．６までわずかに上昇し続ける。次に、「ＭＳＴＣＣ」で表される期間によって示されるように、デバイスは、約１５分間Ａｒ下で、次いで、約５分間Ｏ２下で、約２５０℃に加熱される。次いで、デバイスは、約３０分間空気下で、約３００℃でアニールされる。この間に、光学密度は、約０．４まで減少する。したがって、光学密度は、本発明のデバイスを製作するための、例えば、成膜された材料および形態に基づいて層の厚さを判定するための、ならびに特に、ブラインド電荷を満たすための、および／または消色状態に到達させるための種々の層へのリチウムを滴定するための有用なツールである。
【０１１８】
図７は、図６に関連して説明されるプロトコルと一致する、本発明の方法を使用して製作されるエレクトロクロミックデバイス７００の断面のＴＥＭを示す。デバイス７００は、エレクトロクロミック積層体７１４がその上に形成される、ガラス基材７０２を有する。基材７０２は、第１のＴＣＯとしての役割を果たす、ＩＴＯ層７０４を有する。酸化タングステンＥＣ層７０６は、ＴＣＯ７０４上に成膜される。層７０６、すなわち、図６に関連して前述したように酸素およびアルゴンとともにタングステンをスパッタリングすることによって形成したＷＯ３を、約５５０ｎｍの厚さに形成した。リチウムをＥＣ層に添加した。次いで、ＮｉＷＯのＣＥ層７１０を、約２３０ｎｍの厚さに添加し、続いて、リチウムを添加して消色し、次いで、約１０％過剰なリチウムを添加した。最後に、インジウムスズ酸化物層７１２を成膜し、積層体には、図４Ａに関連して前述したように多段階熱化学的調整を受けさせた。ＭＳＴＣＣの後、ＴＥＭで撮影した。示されるように、イオン伝導性で電子絶縁性の新しい領域７０８が形成されている。
【０１１９】
図７は、種々の層に関する５つの制限視野電子回折（ＳＡＥＤ）パターンも示す。最初に、７０４ａは、ＩＴＯ層が高結晶質であることを示している。パターン７０６ａは、ＥＣ層がポリ結晶質であることを示している。パターン７０８ａは、ＩＣ層が実質的に非晶質であることを示している。パターン７１０ａは、ＣＥ層が多結晶であることを示している。最後に、パターン７１２ａは、インジウムスズ酸化物のＴＣＯ層が高結晶質であることを示している。
【０１２０】
図８Ａから図８Ｃは、走査透過電子顕微鏡法（ＳＴＥＭ）によって分析した、本発明のデバイス８００の断面である。この実施例において、デバイス８００は、図４Ｂに関連して説明されるプロトコルと一致する、本発明の方法を使用して製作した。デバイス８００は、ガラス基材（参照番号なし）上に形成されたエレクトロクロミック積層体である。ガラス基材上には、フッ素化酸化スズ層８０４があり、この層は、第１のＴＣＯ（あるときには、透明電子伝導体について「ＴＥＣ」層と呼ばれる）としての役割を果たす。酸化タングステンＥＣ層８０６は、ＴＣＯ８０４上に成膜した。この実施例において、層８０６、すなわち、図６に関連して前述したように酸素およびアルゴンとともにタングステンをスパッタリングすることによって形成したＷＯ３を、約４００ｎｍの厚さに形成し、次いで、酸素に富む前駆体層８０５を、約１５０ｎｍの厚さに成膜した。リチウムを層８０５に添加した。次いで、ＮｉＷＯのＣＥ層８１０を、約２３０ｎｍの厚さに添加し、続いて、リチウムを添加して消色し、次いで、約１０％過剰なリチウムを添加した。最後に、インジウムスズ酸化物層８１２を成膜し、積層体には、図４Ｂに関連して前述したように多段階熱化学的調整を受けさせた。ＭＳＴＣＣの後、ＳＴＥＭで撮影した。示されるように、イオン伝導性で電子絶縁性である、新しい領域８０８が形成されている。この実施例と、図４Ｂに関連して説明される実施形態との違いは、図４Ｂの類似する層４０５とは異なり、ここでは、酸素に富む層８０５が、一部分だけ界面領域８０８に変換されたことであるこの場合、酸素に富む前駆体層４０５の１５０ｎｍのうちの約４０ｎｍだけが、イオン伝導層としての役割を果たす領域に変換された。
【０１２１】
図８Ｂおよび８Ｃは、ＳＴＥＭによって分析した、本発明のデバイス８００（図８Ｃ）と、多段階熱化学的調整前のデバイス前駆体（図８Ｂ）との「前後」比較を示す。この実施例では、層８０４〜８１０（ＣＥ〜ＥＣ）だけを表している。層には、いくつかの例外を除いて、図８Ａと同じように番号が付されている。図８Ｂの破線は、ＥＣ層８０６と酸素に富む層８０５との界面（図８Ｃにおいてより鮮明である）をおおよそ画定するために使用される。再度図８Ｂを参照すると、少なくともそこには、８０８ａで示されるように、酸素に富む層８０５とＣＥ層８１０との界面に凝集した（約１０〜１５ｎｍの厚さの領域）リチウムがあるように見える。ＭＴＣＣの後（図８Ｃ）に、界面領域８０８が形成されたことは明らかである。
【０１２２】
前述した本発明は、理解を容易にするためにいくらか詳細に説明してきたが、説明された実施形態は、例示的なものであり、限定するものではないとみなされるべきである。当業者には、添付の特許請求の範囲内で一定の変更および修正を行うことができることが明らかになるであろう。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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