CN107840577A - 一种高刚度玻璃陶瓷 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高刚度玻璃陶瓷。本发明提供的高刚度玻璃陶瓷，包括以下重量份的组分：SiO2为20‑40,B2O3为1‑5，P2O5为5‑15，Al2O3为5‑15，MgO为3‑10，CaO为2‑12，Li2O为1‑10，ZrO2为5‑8，BaO为2‑10，PBO为2‑15。本发明提供的高刚度玻璃陶瓷的密度、弹性模量和刚度等机械性能更好，其适用于光学和电子元件的衬底，即使其厚度很小、表面积很大的情况下也能以高精度和高均一性制造出来，并且其制造成本比较低，该高刚度玻璃陶瓷制作的衬底可用于制造太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于太阳能及环保节能技术领域，尤其涉及一种高刚度玻璃陶瓷。
背景技术
目前，应用在衬底上的主要是无定形薄膜硅(a-Si)。在衬底上沉积无定形薄膜硅的方法所需的温度通常为约450℃。与a-Si元件相比，在相应元件中使用多晶薄膜硅(poly-Si)会显示某些绝对性优势，多晶薄膜硅具有明显更高的电子迁移率。例如，LCD的分辨率和反应速度会显著提高。进而，这开创了所安装的附加集成电路的板上(on-board)集成的新方法，如果是a-Si器件，则在LCD的边缘上安装，例如采用外加芯片的形式。在本领域中，多晶薄膜硅通过在衬底上的a-Si的再结晶而得到。原则上讲，这种方法通过加热硅层到使a-Si结晶的温度而得以实现。
就此而言，低温多晶薄膜硅与高温多晶薄膜硅之间的差别是低温多晶薄膜硅是通过局部加热硅层至600℃而获得，而高温多晶薄膜硅是在约900℃的工艺温度下形成的。为制造这种多晶薄膜硅制品，可以把整个元件加热至相应温度(HT多晶薄膜硅)，或者另外通过以相应的光栅图案移动准分子激光器穿过表面(表面层)而在局部产生所需的温度。由在后提及的方法制造的元件中的多晶薄膜硅通常是不均匀的。上述元件可能会表现出例如令人不满意的所谓的“针点缺陷”。为了达到在高温多晶薄膜硅情况下相同的集成度，低温多晶薄膜硅元件必须被长时间处理，通常要超过20小时。
鉴于为获得晶体管的高度集成而需要多种光刻工艺这一事实，多晶薄膜硅元件必须理所当然地要经受住再结晶循环的温度，同时其几何尺寸无显著变化(收缩)，以避免在叠加层之间以及与接触点之间的偏差(若有的话)。通常，收缩容许误差仅是所实施的最小电路单元的横向延伸的一部分；与整个衬底相比，通常限制其为50ppm。为避免在衬底和Si层之间的应力，两种材料的热膨胀系数必须相互配合，或必须相等。迄今为止，仅适用于多晶薄膜硅元件的多晶薄膜硅元件由无定形SiO2(石英玻璃)组成，并且是复杂的和造价昂贵的。
发明内容
鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种高刚度玻璃陶瓷，具有制备方法简单、成本低廉好等优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高刚度玻璃陶瓷，包括以下重量份的组分：SiO2为10-50,B2O3为7-12，P2O5为8-20，Al2O3为20-30，MgO为12-15，CaO为15-20，Li2O为5-15，ZrO2为6-10，BaO为11-18，PBO为10-20，GeO2为2-8，Bi2O3为3-12。
进一步地，所述SiO2为10重量份，B2O3为7重量份，P2O5为8重量份，Al2O3为20重量份，MgO为12重量份，CaO为15重量份，Li2O为5重量份，ZrO2为6重量份，BaO为11重量份，PBO为10重量份，GeO2为2重量份，Bi2O3为3重量份。
进一步地，所述SiO2为50重量份，B2O3为12重量份，P2O5为20重量份，Al2O3为30重量份，MgO为15重量份，CaO为20重量份，Li2O为15重量份，ZrO2为10重量份，BaO为18重量份，PBO为20重量份，GeO2为8重量份，Bi2O3为12重量份。
进一步地，所述SiO2为30重量份，B2O3为10重量份，P2O5为18重量份，Al2O3为25重量份，MgO为13重量份，CaO为16重量份，Li2O为10重量份，ZrO2为18重量份，BaO为15重量份，PBO为15重量份，GeO2为6重量份，Bi2O3为8重量份。
本发明还提供了一种半导体衬底，该衬底由上述任一项所述的高刚度玻璃陶瓷组成。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种高刚度玻璃陶瓷，包括以下重量份的组分：SiO2为10-50,B2O3为7-12，P2O5为8-20，Al2O3为20-30，MgO为12-15，CaO为15-20，Li2O为5-15，ZrO2为6-10，BaO为11-18，PBO为10-20，GeO2为2-8，Bi2O3为3-12。
发明人前期进行了大量的组分以及用量的筛选实验，意外的发现，本发明的技术方案通过合理的配比以及各组分的组合具有高断裂强度和高弹性模量(比刚度：E/ρ)等机械性能，其适用于光学和电子元件的衬底，即使其厚度很小、表面积很大的情况下也能以高精度和高均一性制造出来，并且其制造成本比较低；该高刚度玻璃陶瓷可以用浮法玻璃法加工，可以是透明的，尤其适用为薄膜半导体用衬底，具体是用于显示器应用、太阳能电池等。
下面通过具体的实施例来进行介绍。
实施例1
一种高刚度玻璃陶瓷，包括以下重量份的组分：SiO2为10重量份，B2O3为7重量份，P2O5为8重量份，Al2O3为20重量份，MgO为12重量份，CaO为15重量份，Li2O为5重量份，ZrO2为6重量份，BaO为11重量份，PBO为10重量份，GeO2为2重量份，Bi2O3为3重量份。
实施例2
一种高刚度玻璃陶瓷，包括以下重量份的组分：所述SiO2为50重量份，B2O3为12重量份，P2O5为20重量份，Al2O3为30重量份，MgO为15重量份，CaO为20重量份，Li2O为15重量份，ZrO2为10重量份，BaO为18重量份，PBO为20重量份，GeO2为8重量份，Bi2O3为12重量份。
实施例3
一种高刚度玻璃陶瓷，包括以下重量份的组分：所述SiO2为30重量份，B2O3为10重量份，P2O5为18重量份，Al2O3为25重量份，MgO为13重量份，CaO为16重量份，Li2O为10重量份，ZrO2为18重量份，BaO为15重量份，PBO为15重量份，GeO2为6重量份，Bi2O3为8重量份。
对比例1
本对比例中没有放Li2O和GeO2，所述SiO2为9重量份，B2O3为7重量份，P2O5为8重量份，Al2O3为20重量份，MgO为12重量份，CaO为15重量份，Li2O为5重量份，ZrO2为6重量份，BaO为11重量份，PBO为10重量份。
本发明还提供一种半导体衬底，该衬底由上述任一项所述的高刚度玻璃陶瓷组成。
效果测试
分别测定上述实施例及对比例制备的高刚度玻璃陶瓷的性能。
测试结果如表1所示。
表1
| 密度(g/cm3) | 弹性模量(GPa) | 刚度(MJ/kg) | |
| 实施例1 | 3.21 | 108.55 | 40.2 |
| 实施例2 | 3.15 | 107.48 | 40.1 |
| 实施例3 | 3.08 | 106.33 | 38.7 |
| 对比例1 | 2.47 | 89.21 | 29.78 |
根据表1中的数据可以看出，本发明的技术方案提供的高刚度玻璃陶瓷的密度、弹性模量和刚度等机械性能更好，尤其是刚度远比对比例1中的感度要好，本申请中在陶瓷玻璃中添加了Li2O和GeO2，因此能够大幅度的增加高刚度玻璃陶瓷的刚度，这样是本申请生产的高刚度玻璃陶瓷适用于光学和电子元件的衬底，即使其厚度很小、表面积很大的情况下也能以高精度和高均一性制造出来，并且其制造成本比较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高刚度玻璃陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的组分：SiO2为10-50,B2O3为7-12，P2O5为8-20，Al2O3为20-30，MgO为12-15，CaO为15-20，Li2O为5-15，ZrO2为6-10，BaO为11-18，PBO为10-20，GeO2为2-8，Bi2O3为3-12。
2.根据权利要求1所述的高刚度玻璃陶瓷，其特征在于：所述SiO2为10重量份，B2O3为7重量份，P2O5为8重量份，Al2O3为20重量份，MgO为12重量份，CaO为15重量份，Li2O为5重量份，ZrO2为6重量份，BaO为11重量份，PBO为10重量份，GeO2为2重量份，Bi2O3为3重量份。
3.根据权利要求1所述的高刚度玻璃陶瓷，其特征在于：所述SiO2为50重量份，B2O3为12重量份，P2O5为20重量份，Al2O3为30重量份，MgO为15重量份，CaO为20重量份，Li2O为15重量份，ZrO2为10重量份，BaO为18重量份，PBO为20重量份，GeO2为8重量份，Bi2O3为12重量份。
4.根据权利要求1所述的高刚度玻璃陶瓷，其特征在于：所述SiO2为30重量份，B2O3为10重量份，P2O5为18重量份，Al2O3为25重量份，MgO为13重量份，CaO为16重量份，Li2O为10重量份，ZrO2为18重量份，BaO为15重量份，PBO为15重量份，GeO2为6重量份，Bi2O3为8重量份。
5.一种半导体衬底，该衬底由如权利要求1至4任一项所述的高刚度玻璃陶瓷制成。
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