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1、(10)申请公布号 CN 101962289 A(43)申请公布日 2011.02.02CN101962289A*CN101962289A*(21)申请号 200910140387.X(22)申请日 2009.07.21C04B 35/16(2006.01)C04B 35/14(2006.01)C04B 35/10(2006.01)C04B 35/48(2006.01)C04B 41/81(2006.01)C04B 41/85(2006.01)H01L 33/00(2006.01)H01L 31/02(2006.01)H01L 31/042(2006.01)H01L 29/786(2006.0。
2、1)(71)申请人财团法人工业技术研究院地址中国台湾新竹县(72)发明人叶昱昕 徐锦志 简仁德 林泽胜(74)专利代理机构北京律诚同业知识产权代理有限公司 11006代理人陈红 徐金国(54) 发明名称陶瓷粉体组合物及使用该组合物的光电装置的基板(57) 摘要本发明涉及一种陶瓷粉体组合物及使用该组合物的光电装置的基板。上述光电装置的基板是由包含下列组成的陶瓷粉体组合物烧结而成：485wt的锆石；460wt的二氧化硅；以及1080wt的三氧化二铝；其中经烧结后的该陶瓷基板中具有一第一结晶相与一第二结晶相，上述第一结晶相为锆石、该第二结晶相可以为下列晶相之一或其组合：富铝红柱石、三氧化二铝、二氧化。
3、硅或二氧化锆的结晶相，当陶瓷基板中不含富铝红柱石的结晶相时，其陶瓷粉体组合物为：497wt的锆石；060wt的二氧化硅；以及080wt的三氧化二铝。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 1 页CN 101962290 A 1/1页21.一种陶瓷粉体组合物，包含：497wt的锆石；以及60wt以下的二氧化硅与80wt以下的三氧化二铝的至少其中之一。2.根据权利要求1所述的陶瓷粉体组合物，包含：485wt的锆石；460wt的二氧化硅；以及1080wt的三氧化二铝。3.根据权利要求1所述的陶瓷粉体组合物，包含：480w。
4、t的锆石；528wt的二氧化硅；以及1468wt的三氧化二铝。4.根据权利要求1、2或3所述的陶瓷粉体组合物，更包含不大于20wt的第一氧化物，该第一氧化物是选自下列所组成的族群的至少其中之一：氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、三氧化二硼、与五氧化二磷。5.根据权利要求1、2或3所述的陶瓷粉体组合物，更包含小于5wt的第二氧化物，该第二氧化物是选自下列所组成的族群的至少其中之一：氧化二锂、氧化二钠、氧化二钾、氧化铅、与三氧化二铁。6.一种光电装置的基板，是由根据权利要求1、2或3所述的陶瓷粉体组合物烧结而成的陶瓷基板。7.根据权利要求6所述的光电装置的基板，其中该陶瓷基板具有一第一结晶相与一第二。
5、结晶相，该第一结晶相为锆石的结晶相、该第二结晶相是选自下列物质的至少其中之一的结晶相：二氧化硅、三氧化二铝与二氧化锆。8.根据权利要求6所述的光电装置的基板，更包含沉积于该陶瓷基板上的一非绝缘体膜层，该非绝缘体膜层在室温至900之间的热膨胀系数为18x10-6/。9.根据权利要求6所述的光电装置的基板，其中该第二结晶相更包含富铝红柱石的结晶相。10.根据权利要求6所述的光电装置的基板，其经烧结后的该陶瓷基板中包含小于20wt的玻璃相。11.根据权利要求8所述的光电装置的基板，其中该非绝缘体膜层是选自下列族群中的半导体或导体物质的至少一种所构成：Si、Ge、SiGe、InGaN、GaN、CIGS。
6、(Cu-In-Ga-Se)、ITO、AZO、与GZO。12.根据权利要求6所述的光电装置的基板，其中该陶瓷基板的表面粗糙度为500nm或以下。权 利 要 求 书CN 101962289 ACN 101962290 A 1/7页3陶瓷粉体组合物及使用该组合物的光电装置的基板技术领域0001 本发明是涉及一种光电装置的基板，特别是涉及用于高温环境下的光电装置的基板。背景技术0002 在制造半导体、微机电、太阳能电池、发光二极管或薄膜晶体管等光电装置时，需要在一基板上形成一非绝缘体膜层。目前最常使用的玻璃基板，因基板本身的耐温性，只能在500以下以物理气相沉积或化学气相沉积的技术，在上述基板上形成非。
7、绝缘体膜层，但是在这样低温的环境下，无法提供足够的能量来形成结晶性较佳的非绝缘体膜层，而仅能形成非晶的非绝缘体膜层。但是多晶的结晶排列比非晶有序，可以具有较高的电子迁移率及较低的温度敏感性，并提升上述光电装置的性能。0003 以硅材料而言，如欲在上述低温领域中将非晶硅的硅膜层转换成多晶硅的硅膜层，通常是使用激光退火或激光再结晶的技术，将基板温度维持在400，再以激光照射非晶硅的硅膜层，以逐次局部地熔融硅膜层再使其再结晶。此技术的缺点在于难以使整片硅膜层的结晶程度一致。0004 如欲形成结晶程度较均匀的硅膜层，则需要将已形成非晶硅的硅膜层的基板置于600以上的高温环境下进行退火，并持续一段时间，。
8、将非晶硅转变为多晶硅。此时，若基板与硅膜层的热膨胀系数差异过大，就容易因为热应力的产生而使基板/硅膜层发生变形、翘曲、剥离等情况。发明内容0005 有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种光电装置的基板，可使其热膨胀系数与一些非绝缘体材料、特别是硅的热膨胀系数相近。0006 为达成本发明的上述目的，本发明是提供一种陶瓷粉体组合物，包含：497wt的锆石；以及60wt以下的二氧化硅与80wt以下的三氧化二铝的至少其中之一。0007 本发明又提供一种陶瓷粉体组合物，包含：485wt的锆石；460wt的二氧化硅；以及1080wt的三氧化二铝。0008 本发明又提供一种陶瓷粉体组合物，包含：480wt的锆。
9、石；528wt的二氧化硅；以及1468wt的三氧化二铝。0009 上述任一陶瓷粉体组合物中，可更包含不大于20wt的第一氧化物，上述第一氧化物是选自下列所组成的族群的至少其中之一：氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、三氧化二硼、与五氧化二磷。0010 上述任一陶瓷粉体组合物中，可更包含小于5wt的第二氧化物，上述第二氧化物是选自下列所组成的族群的至少其中之一：氧化二锂、氧化二钠、氧化二钾、氧化铅、与三氧化二铁。0011 本发明又提供一种光电装置的基板，是由上述任一陶瓷粉体组合物烧结而成的陶说 明 书CN 101962289 ACN 101962290 A 2/7页4瓷基板。0012 上述光电装置的。
10、基板中，上述陶瓷基板可具有一第一结晶相与一第二结晶相，上述第一结晶相为锆石的结晶相、上述第二结晶相是选自下列物质的至少其中之一的结晶相：二氧化硅、三氧化二铝与二氧化锆。0013 上述光电装置的基板中，上述陶瓷基板在室温至900之间的热膨胀系数为27x10-6/。0014 上述光电装置的基板中，可更包含沉积于上述陶瓷基板上的一非绝缘体膜层，上述非绝缘体膜层在室温至900之间的热膨胀系数可以为18x10-6/。0015 上述光电装置的基板中，上述第二结晶相可更包含富铝红柱石的结晶相。0016 上述光电装置的基板中，其经烧结后的上述陶瓷基板中可包含小于20wt的玻璃相。0017 上述光电装置的基板可。
11、适用于太阳电池、发光二极管、薄膜晶体管、或微机电系统的基板。0018 上述光电装置的基板中，上述非绝缘体膜层可选自下列族群中的半导体或导体物质的至少一种所构成：Si、Ge、SiGe、InGaN、GaN、CIGS(Cu-In-Ga-Se)、ITO、AZO、与GZO。0019 上述光电装置的基板中，上述陶瓷基板的表面粗糙度可为500nm或以下。0020 上述光电装置的基板中，上述陶瓷基板的翘曲度可为0.5或以下。0021 本发明的优点在于：本发明的陶瓷粉体组合物使用了锆石、二氧化硅、三氧化二铝等成分，历经1200以上的烧结温度而烧结成的陶瓷基板的热膨胀系数可以与硅的热膨胀系数匹配；且通过锆石、二氧。
12、化硅、三氧化二铝等成分的调整，可以调整烧结后陶瓷基板的热膨胀系数；在本发明的陶瓷基板上形成的非绝缘体膜层，可以在600以上的高温下进行退火，亦或者直接在高温沉积，具有良好的附着性，且可以避免包含陶瓷基板与非绝缘体膜层的装置基板发生变形、翘曲、非绝缘体膜层的剥离、非绝缘体膜层的裂缝等情况。附图说明0022 图1为一剖面图，是显示包含本发明较佳实施例的陶瓷基板与非绝缘体膜层的装置基板；0023 其中，100陶瓷基板； 110非绝缘体膜层。具体实施方式0024 为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：0025 在本说明书中，在数值相。
13、关叙述后接以上、以下之词来叙述数值范围的情况中，除非另有加注，相关的数值范围是包含上述以上、以下之词前接的数值。0026 本发明的研究结果显示：使用包含锆石、二氧化硅、三氧化二铝等成分的陶瓷粉体组合物，历经1200以上的烧结温度而完成烧结的陶瓷基板100(请参考图1)，其热膨胀系数可以与硅的热膨胀系数(2.610-6/)匹配，且通过锆石、二氧化硅、三氧化二铝等成分的调整，可以调整烧结后陶瓷基板100的热膨胀系数。例如，若是在上述陶瓷粉体组合物中，使锆石的含量符合497wt的范围、二氧化硅的含量符合060wt的范围、三氧化说 明 书CN 101962289 ACN 101962290 A 3/7。
14、页5二铝的含量符合080wt的范围，但是二氧化硅与三氧化二铝的至少其中之一的含量不为0(也就是含有60wt以下的二氧化硅与80wt以下的三氧化二铝的至少其中之一)，烧结后的陶瓷基板100的热膨胀系数(特别是在室温至900之间的热膨胀系数)就可以在27x10-6/的范围间作调整。0027 较佳的情况是在上述陶瓷粉体组合物中，使锆石的含量符合485wt的范围、二氧化硅的含量符合460wt的范围、三氧化二铝的含量符合1080wt的范围；而更佳的情况是在上述陶瓷粉体组合物中，使锆石的含量符合480wt的范围、二氧化硅的含量符合528wt的范围、三氧化二铝的含量符合1468wt的范围。0028 如此，图。
15、1所示本发明的陶瓷基板100的热膨胀系数可以与一些非绝缘体材料的热膨胀系数匹配，非绝缘体材料例如可由选自下列族群中的半导体或导体物质的至少一种所构成：Si、Ge、SiGe、InGaN、GaN、CIGS(Cu-In-Ga-Se)、ITO(氧化铟锡)、AZO(掺杂铝的氧化锌)、与GZO(掺杂镓的氧化锌)。因此在陶瓷基板100上形成由上述非绝缘体材料所构成的非绝缘体膜层110之后，则可以在600以上的高温下进行退火，亦或者直接在高温沉积，陶瓷基板100的表面形貌可依后续膜层厚度而调整，选择其它机械加工或加入任何缓冲层。特别是非绝缘体膜层110为硅时，在600以上的高温下进行退火后，可以得到结晶粒度均。
16、匀的多晶硅的非绝缘体膜层110，仍具有良好的附着性，且可以避免包含陶瓷基板100与非绝缘体膜层110的装置基板发生变形、翘曲、非绝缘体膜层110的剥离、非绝缘体膜层110的裂缝等情况。在一实施例中，包含陶瓷基板100与非绝缘体膜层110的光电装置的基板是可适用于太阳能电池基板。另外，上述光电装置的基板还可适用于发光二极管基板、薄膜晶体管基板、或微机电系统的基板。0029 在某些实施例中，烧结后的陶瓷基板100的表面粗糙度(Ra)值较好为500nm或以下，与市售三氧化二铝基板结果相近，藉此可降低非绝缘体膜层110的膜厚变异性，可以提升上述装置基板的制程良率，改善使用上述装置基板的上述各个装置的性。
17、能；在某些实施例中，烧结后的陶瓷基板100的烧结密度/理论密度比的比值较好为85或以上，藉此可降低基板的Ra值，也可降低非绝缘体膜层110的膜厚变异性，可以提升上述装置基板的制程良率，改善使用上述装置基板的上述各个装置的性能；在某些实施例中，烧结后的陶瓷基板100的翘曲度(warpage)较好为0.5或以下，藉此有助于提升后续制程的良率，并利于模块化。0030 另外，在上述陶瓷粉体组合物中，可以依照需求决定是否加入适量的助烧结剂(additive)，例如可以加入选自下列所组成的族群的至少其中之一的第一氧化物：氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、三氧化二硼(B。
18、2O3)、与五氧化二磷(P2O5)。若决定在上述陶瓷粉体组合物中加入上述第一氧化物，则上述第一氧化物在上述陶瓷粉体组合物中的含量较好为不大于20wt。在烧结的过程中，随着烧结温度的提升，上述作为助烧结剂的第一氧化物会因为挥发而离开烧结体中，若是发生残留，则残留的上述第一氧化物会成为陶瓷基板100中的玻璃相。由于残留的玻璃相会对陶瓷基板100的耐温性(例如抗变形性、抗翘曲性)等性质造成不良影响，所以上述烧结助剂、也就是上述第一氧化物在上述陶瓷粉体组合物中的含量最好为不大于20wt，以确保陶瓷基板100中的玻璃相的含量可小于20wt。0031 还有，在上述陶瓷粉体组合物中，要尽可能避免出现选自下列。
19、所组成的族群的说 明 书CN 101962289 ACN 101962290 A 4/7页6至少其中之一的第二氧化物：氧化二锂(Li2O)、氧化二钠(Na2O)、氧化二钾(K2O)、氧化铅(PbO)、与三氧化二铁(Fe2O3)。若是在烧结后的陶瓷基板100中残留上述第二氧化物，则上述第二氧化物容易经由扩散而进入非绝缘体膜层110中，而对非绝缘体膜层110的品质造成不良影响。而若无法避免上述第二氧化物出现在上述陶瓷粉体组合物中，则上述第二氧化物在上述陶瓷粉体组合物中的含量较好为控制在小于5wt的程度。0032 历经1200以上的烧结温度而完成烧结的陶瓷基板100(请参考图1)，会具有锆石的结晶相。
20、(第一结晶相)与选自下列物质的至少其中之一的结晶相：富铝红柱石、二氧化硅、三氧化二铝与二氧化锆(第二结晶相)。使用的陶瓷粉体组合物的锆石的含量符合497wt的范围、二氧化硅的含量符合060wt的范围、三氧化二铝的含量符合080wt的范围(也就是含有60wt以下的二氧化硅与80wt以下的三氧化二铝的至少其中之一)；更好为使锆石的含量符合485wt的范围、二氧化硅的含量符合460wt的范围、三氧化二铝的含量符合1080wt的范围；且再更好为使锆石的含量符合480wt的范围、二氧化硅的含量符合528wt的范围、三氧化二铝的含量符合1468wt的范围，历经1200以上的烧结温度而完成烧结的陶瓷基板10。
21、0的第二结晶相可包含富铝红柱石的结晶相。富铝红柱石的结晶相是来自1200以上的温度下所发生的三氧化二铝与二氧化硅的反应的产物；而二氧化锆则可由锆石分解而产生。在某些实施例中，陶瓷基板100的所有的结晶相中，不含镁元素；但是在某些情况中，例如陶瓷基板100的玻璃相中可以含有氧化镁，但此时的陶瓷基板100的所有的结晶相中，仍不含镁元素。另外，本发明的研究结果还显示：若是烧结后的陶瓷基板仅具单一富铝红柱石的结晶相，则会有成本高、不易烧结、不利机械加工、机械强度不佳等的倾向；若是烧结后的陶瓷基板仅具单一锆石的结晶相，则会有稳定性不佳、机械强度不佳等的倾向；若是烧结后的陶瓷基板仅具单一二氧化锆的结晶相，。
22、则会有成本高、热膨胀系数高等的倾向；若是烧结后的陶瓷基板仅具单一三氧化二铝的结晶相，则会有热膨胀系数高等的倾向。因此，由于陶瓷基板100具有上述第二结晶体而成为一复合基板，可以改善上述问题而得到低成本、低烧结温度(1700)的基板。另外，若陶瓷基板100为上述复合基板，其烧结后的密度可达理论密度的85或更高，故其内部与表面的孔隙度较少，而可以得到较高的表面平整性、也就是具有较小的Ra值、较高的机械强度佳。与三氧化二铝或富铝红柱石制成的单一材料基板相比，此复合材料的基板更有利于机械加工(经简易抛光处理可得较平整的表面)。0033 下列实施例是用以进一步说明本发明，但不限制本发明范围。凡本发明所属。
23、技术技术领域中具有通常知识者所知的替代与修饰，均仍涵盖于本发明的精神和范围内。0034 【实施例1】0035 如下列表1，将各个实施例的陶瓷粉体组合物的成分进行烧结后得到各实施例的陶瓷基板，并测定其相关的物理性质。0036 表10037 说 明 书CN 101962289 ACN 101962290 A 5/7页70038 说 明 书CN 101962289 ACN 101962290 A 6/7页80039 *助烧结剂可以选自下列所组成的族群的至少其中之一的第一氧化物：氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化硼、与五氧化二磷。0040 *Z代表锆石的结晶相，0041 M代表富铝红柱石的结晶相，0。
24、042 A代表三氧化二铝的结晶相，0043 S代表二氧化硅的结晶相或非晶相，0044 而二氧化锆的结晶相可利用高温烧结而产生，因此不在所有实施例中特别强调。说 明 书CN 101962289 ACN 101962290 A 7/7页90045 关于上述各实施例的陶瓷基板的制造方面，可分为陶瓷粉体组合物的调配、成形、及烧结等程序。0046 首先，在陶瓷粉体组合物的调配方面，依照在表列相关实施例中的陶瓷粉体组合物内的成分比例，量取适当重量的锆石、二氧化硅、三氧化二铝的粉体，使用例如球磨机对上述粉体进行历时约2小时的湿式混合之后，将所得的混合物在约100的温度下进行烘干，将完成烘干的混合物置于大气的。
25、气氛下、并升温至约1700来进行历时约2小时的锻烧，即可得到基板。在需要添加氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、三氧化二硼、五氧化二磷等第一氧化物作为助烧结剂的实施例中，则依照在表列相关实施例中的陶瓷粉体组合物内的成分比例，量取适当重量、种类，使用球磨机进行历时约2小时的湿式混合之后，将所得的混合物在约100的温度下进行烘干之后，将完成烘干的混合物置于大气的气氛下、并升温至约1400来进行历时约2小时的锻烧，即可得到基板。0047 接下来，分别测定各实施例的陶瓷基板的热膨胀系数、密度等的物理性质，并使用X光绕射仪得知各实施例的陶瓷基板的结晶状况。0048 如表1所示，本发明各实施例的经烧结后的陶瓷。
26、基板在室温至900之间的热膨胀系数，均可落于27x10-6/的范围之内，而可以与非绝缘体膜层110(例如为硅层)的热膨胀系数匹配，因此本发明各实施例的陶瓷基板上形成非晶硅的硅层之后，则可以在600以上的高温下进行退火，或是成膜过程中直接在基板加热，以得到结晶粒度均匀的多晶硅的硅层，并可以避免包含本发明的陶瓷基板与硅层的装置基板发生变形、翘曲、硅层的剥离、硅层的裂缝等情况。0049 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。说 明 书CN 101962289 ACN 101962290 A 1/1页10图1说 明 书 附 图CN 101962289 A。