A utilização de energia por parte dos dispositivos electrónicos tem vindo a reduzir substancialmente, quer pela redução da sua tensão de alimentação, quer da corrente consumida. Por outro lado, as técnicas de energy harvesting tem sido melhoradas para conseguir aproveitar os diversos tipos de energia do ambiente (térmica, luz, vibrações, etc.) para alimentar os circuitos electrónicos. Esta evolução tem permitido criar dispositivos wireless autónomos, sem necessidade de alimentação eléctrica do exterior. Estes dispositivos precisam também de uma bateria capaz de alimentar o circuito quando a fonte de energia que o suporta não está disponível. Esta bateria permite ainda o nivelamento do consumo de energia, dado que os dispositivos wireless utilizam picos de energia durante a transmissão da informação e tem consumos muito baixos no restante período de tempo. A integração desta bateria no microchip do circuito electrónico aumenta a integração e a miniaturização do dispositivo, possibilitando ainda a redução de custos. A necessidade de dispositivos electrónicos remotos autónomos tem vindo a aumentar e cada vez mais as pilhas assumem um papel fundamental na viabilidade e tamanho mínimo destes mesmos dispositivos. As pilhas de lítio têm vindo a destacar-se pela possibilidade de todos os materiais que a constituem serem sólidos e portanto ideais para fazer em filme fino, e para integrar em circuitos integrados (chips). Para permitir a sua integração, toda a bateria tem de ser de estado sólido e fabricada sobre o substrato do circuito electrónico por técnicas de filme fino. As baterias de estado sólido são intrinsecamente seguras (pois todos os materiais são sólidos), suportam as temperaturas de soldadura dos circuitos electrónicos, para além de apresentarem tempos de carga e descarga mais rápidos que as baterias convencionais.
Nesta dissertação pretende-se fabricar e caracterizar uma pilha recarregável de lítio em filme fino com menos de 1mm2 para posterior integração em circuitos integrados que permitirá uma variedade de aplicações em dispositivos remotos autónomos.
Deposição e caracterização dos materiais para fabrico do cátodo, electrólito e ânodo de uma pilha de lítio recarregável.
Fabrico e caracterização de uma pilha de lítio em filme fino.
Tarefas
1 Estudo do funcionamento de uma pilha de lítio recarregável. 1 mês
Perceber como se processa a carga descarga de uma pilha.
Quais os materiais utilizados e porquê?
Quais as características/propriedades a medir em cada elemento (ânodo, electrólito, cátodo)
Como medir?
2 Estudo do estado da arte. 1 mês
O que já foi feito?
Como foi feito?
Que resultados foram obtidos?
Que problemas foram detectados?
Deliverables (até 30 Nov.)
Texto sobre estado da arte, a incorporar posteriormente na tese.
3 Fabrico e caracterização dos materiais. 5 meses
Estudo dos processos de deposição e caracterização de materiais.
Deposição de cada um dos materiais que compõe a pilha de lítio, utilizando os equipamentos disponíveis no laboratório de microelectrónica do DEI.
Caracterização de cada material. Propriedades electrónicas. Químicas, XRD, SEM, etc.
Afinação da receita de fabrico.
Deliverables (até 30 Abril)
Texto para incluir na tese, capítulo materiais:
Receita para deposição de cada material
Efeito das variáveis do processo de fabrico nas propriedades dos materiais.
4 Fabrico e caracterização da pilha de lítio. 3 meses
Fabrico de uma pilha de lítio em filme fino.
Caracterização de carga/descarga, capacidade, corrente, tensão, efeito de memória, etc.
Deliverables (até 30 Julho)
Pilha em filme fino
Texto para incluir na tese, capítulo dispositivos:
Passos do processo de fabrico
Resultado dos testes
5 Escrita de relatório e artigo. 1 mês
Deliverables (até 30 Setembro)
Tese de dissertação
Apresentação em conferência e/ou artigo em revista