具備含有鈉的玻璃基體的電子裝置及其制造方法

專利名稱：具備含有鈉的玻璃基體的電子裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具備含有鈉的玻璃基體的太陽能電池、大型顯示器等電子裝置及其制 造方法，尤其涉及在含有鈉的玻璃基體上隔著鈉擴散防止層形成有電子元件的電子裝置及 其制造方法。
背景技術：
在太陽能電池或大型平板顯示器等電子裝置中，使用玻璃基體。由于鈉玻璃等廉 價的玻璃基體含有鈉，因此，在這種玻璃基體上形成太陽能電池元件、顯示元件、開關元件 等電子元件時，玻璃基體中的鈉會擴散到電子元件中，使電子元件的特性劣化。因此，含有 鈉的玻璃不能形成長壽命、高性能特性的電子裝置，通常使用不含鈉的高價的無堿玻璃。但是，隨著電子裝置的大型化，玻璃基體的面積增大、成本升高，為了降低大型電 子裝置的成本，迫切希望使用廉價的玻璃基體。為了使用含有鈉的廉價的玻璃基體，已知在其上形成鈉擴散防止層的技術(專利 文獻1、專利文獻2)。專利文獻1 日本特開2000-243327號公報專利文獻2 日本特開2000-26139號公報但是，專利文獻1中公開的技術中，作為鈉擴散防止層，通過濺射法等以500nm的
厚度形成有二氧化硅被膜、摻雜磷的二氧化硅被膜、硅氮氧化物膜、氮化硅膜等中的任意一 種被膜，當應用于大型玻璃基體時成本升高，且鈉的擴散防止效果也不高。

發明內容
因此，本發明的目的在于，提供能夠容易且廉價地應用于大型玻璃基體的電子裝 置及其制造方法。本發明還提供具有鈉的擴散防止效果高的鈉擴散防止層的電子裝置及其制造方 法。根據本發明，可以得到一種電子裝置，其特征在于，包括含有鈉的玻璃基體和設置 在該玻璃基體上的由平坦化涂膜形成的鈉擴散防止層，在所述鈉擴散防止層上形成有電子 元件。另夕卜，所述鈉擴散防止層優選包含通式((CH3) SiO372) x (SiO2) h (其中，0 1.0)表示的涂膜。所述鈉擴散防止層的介電常數從鈉擴散阻止效果的觀點考慮特
別優選為3.0以下。所述鈉擴散防止層的厚度可以薄至150 300nm的厚度。另外，所述鈉擴散防止 層優選為透明的。根據本發明，可以得到一種電子裝置的制造方法，其特征在于，包括在含有鈉的 玻璃基體的至少一個主面上，涂布具有通式((CH3) SiCV^JSiO^hJ其中，0<x< 1.0)表 示的組成的涂膜的工序；和對所述涂膜在400°c以下的溫度下進行熱處理的工序。具體而言，本制造方法包括在含有鈉的玻璃基體的至少一個主面上，涂布包含下述縮合物的涂布 液而形成涂膜的工序、和對所述涂膜在400°C以下的溫度下進行熱處理的工序，所述縮合物 是通過使甲基三烷氧基硅烷化合物與四烷氧基硅烷化合物的混合物進行水解縮合反應而 得到的。另夕卜，χ優選為0. 6≤χ≤0. 9，更優選0. 7≤χ≤0. 9。根據本發明，可以提供能夠容易且廉價地應用于大型玻璃基體、且具有鈉的擴散 防止效果高的鈉擴散防止層的電子裝置及其制造方法。


圖1是用于說明本發明的實施例1的圖，對涂布型鈉擴散防止膜的頂吸收進行說明。圖2是用于說明本發明的實施例1的圖，表示圖1所示的頂吸收的Si-CH3* Si-O-Si的峰值強度比與其膜的介電常數的關系。圖3是用于說明本發明的絕緣性涂膜的電特性的圖。圖4是用于說明本發明的實施例1的圖，對于將作為鈉擴散防止膜的一種的膜 AF-O涂布在含有鈉的玻璃基體上，在400°C、減壓5Τοπ·下進行2小時煅燒后不久、以及之 后在500°C、常壓下進行1小時氮退火處理后的涂布型鈉擴散防止膜的介電常數及其鈉擴 散防止性能的SIMS分析結果進行說明。圖5是用于說明本發明的實施例1和比較例的圖，對于將作為鈉擴散防止膜的一 種的膜AF-4涂布在含有鈉的玻璃基體上，在400°C、減壓5Τοπ·下進行2小時煅燒后不久、 以及之后為確認鈉的擴散防止性能在500°C、常壓下進行1小時氮退火處理后的涂布型鈉 擴散防止膜的介電常數及其鈉的擴散防止性能的SIMS分析結果進行說明。圖6是用于說明本發明的實施例1和比較例的圖，對于作為鈉擴散防止膜的一種 的膜AF-6GM涂布在含有鈉的玻璃基體上，在400°C、減壓5Torr下進行2小時煅燒后不久、 以及之后為確認鈉的擴散防止性能在500°C、常壓下進行1小時氮退火處理后的涂布型鈉 擴散防止膜的介電常數及其鈉擴散防止性能的SIMS分析結果進行說明。圖7是用于說明本發明的實施例1和比較例的圖，對于將各種鈉擴散防止膜涂布 在含有鈉的玻璃基體上，在400°C、減壓5Τοπ·下進行2小時煅燒后不久的涂布型鈉擴散防 止膜的介電常數及其鈉擴散防止性能進行說明。圖8是用于說明本發明的實施例1和比較例的圖，對于將各種鈉擴散防止膜涂布 在含有鈉的玻璃基體上，在400°C、減壓5Τοπ·下進行2小時煅燒后不久、以及為確認鈉擴散 防止性能在500°C、常壓下進行1小時氮退火處理后的涂布型鈉擴散防止膜的介電常數及 其鈉擴散防止性能進行說明。圖9是用于說明應用本發明的電子裝置的一例的圖。
具體實施例方式圖9表示應用本發明的電子裝置的一例。圖9中，在含有鈉的玻璃基體10上隔著 鈉擴散防止膜11形成有太陽能電池元件、顯示元件等電子元件12。以下，對鈉擴散防止膜的形成和涂布液進行說明。
1.涂布液的溶劑的種類可以使用甲醇、乙醇、異丙醇、丙醇、環己醇等醇類，乙二醇、丙二醇等二醇系或它 們的衍生物，丙醇、甲基異丁基酮、環己酮等酮系，以及甲苯、二甲苯、醚系、脂肪烴系等有機 溶劑，水等。這些溶劑可以單獨使用或兩種以上混合使用。2.涂布液的種類使甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、甲基三異丙氧基硅 烷等甲基三烷氧基硅烷化合物(硅烷化合物A)；與四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四異丙氧基硅烷、四正丁氧基硅 烷、四異丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷等四烷氧基硅烷化合物(硅烷化合 物B)的混合物進行水解縮合反應而得到縮合物(縮合物C)，將該縮合物(縮合物C)溶解 或分散于上述溶劑中而得到混合液。涂布液由所得混合液的一種構成，或者通過將兩種以 上所得混合液混合而得到。通過使用硅烷化合物A與硅烷化合物B的摩爾比改變后的混合物，可以在水解縮 合反應后得到摩爾比改變后的各種縮合物C。關于縮合物C的合成，可以通過對硅烷化合物A與硅烷化合物B的混合物進行水 解縮合反應，例如，使用酸或堿作為催化劑并添加水，在規定的溶劑中設定為0 80°C的溫 度，使用帶有攪拌機的反應裝置攪拌約1 M小時來進行。對涂布液中的所述縮合物C的含量沒有特別限制，通常為0. 1 25重量％，最 佳值因涂布方式、膜厚的設定而異，從涂布劑的經時變化的觀點考慮，優選為0. 2 10重量％。3.其它成分涂布液中可以添加流平劑、粘度調節劑等。鈉擴散防止膜的形成，需要形成膜中孔隙等缺陷少、或者沒有缺陷的致密膜，可以 通過包含下述工序的工序來進行1)將涂布液涂布在含有鈉的玻璃基體上，在加熱、優選減壓條件下加熱除去溶劑 等揮發物的溶劑除去工序；2)然后，在 IOOiTorr 以下(100X 133.3Pa 以下)、優選 0. 1 5(ΧΓοη·(13·3 6665Pa)、更優選0. 5 IOiTorr (66. 6 1333Pa)的減壓下，在300 500°C的范圍內、優選 320 480°C的范圍內、更優選350 450°C、特別優選380 420°C的范圍內進行加熱的膜 形成工序；和3)進一步根據需要將含有鈉的玻璃基體和通式((CH3)SiOv2) JSiO2U其中，0 1.0)表示的縮合物在不損害本發明目的的溫度和氣氛下進行加熱(例如500°C、氮
氣氛圍等)的后加熱工序。在膜形成工序中，i)需要在鈉擴散防止膜上進一步根據目的通過等離子體CVD、濺射等真空處理來 成膜，并且需要將釋放的氣體成分完全除去。ii)通過脫水縮合等，可以由縮合物C得到通式((CH3) Si03/2) x (SiO2)其中，0 1.0)表示的縮合物。iii)該膜形成中的減壓條件，從工業方面考慮記載了上限值和下限值的優選范圍，但就本目的而言，減壓條件除上述以外優選任意地設定。iv)加熱溫度從縮合物C的分解溫度、玻璃基體、形成后的介電常數考慮，優選上 述范圍。(實施例)(涂布液的制造)將甲基三甲氧基硅烷1份、四乙氧基硅烷0.47份、異丙醇3. 1份、0. IN硝酸1份和 水8. 8份依次混合，進行M小時水解縮合反應。將所得的反應液用甲基異丙基酮8. 4份和 丙二醇單甲醚5. 3份的混合溶劑稀釋，得到涂布液。通過改變甲基三甲氧基硅烷與四乙氧 基硅烷的配合比例，可以制造各種涂布液。(實施例1)圖1是表示涂布型鈉擴散防止膜(或層)的IR(紅外線)吸收的圖。具體而言， 在波數779CHT1和1274cm 1處確認到Si-CH3的IR吸收，在波數1045 1130cm"1處確認到 Si-O-Si的頂吸收。因此，各種涂布型鈉擴散防止膜(批號AF-O、AF-I、AF-2、AF-3、AF-5、 AF-6GM 或 GE)，由具有((CH3) SiO372) x (SiO2) ^ (其中，0 < χ 彡 1. 0，優選 0. 7 彡 χ 彡 0. 9)組 成的材料形成。各批號中的χ如下所示，AF-6GM、AF-6GE作為比較例給出。AF-O :χ = 0. 7AF-I :χ = 1. 0AF-2 :χ = 0. 9AF-3 :x = 0. 5AF-4 :x = 0. 3AF-5 :x = 0. 1AF-6GM :x = 0AF-6GE :x = 0圖2表示圖1所示的頂吸收的Si-CH3和Si-O-Si的峰值強度比與該膜的介電常 數的關系。由組成((CH3)Si(V2)x(SiO2)1I也表明，Si-CH3的強度比越大則介電常數越低， Si-CH3的強度比越小則組成越接近SiO2,其介電常數也升高。另一方面，該煅燒工藝是將上述組成的材料、gp ((CH3) Si03/2)X(SiO2)1-X組合物 的有機溶劑溶液涂布在鈉玻璃的表面上后，在減壓下進行加熱將溶劑完全除去。在1 5Torr(133 665Pa)的減壓下、400°C下進行加熱。如上所述形成的膜的絕緣特性如圖3所示，顯示出在lMV/cm下電流密度為 1 X lO.A/cm2、在3MV/cm下電流密度為1 X 10_9A/cm2、即使在5MV/cm下電流密度也為 1X10_8A/Cm2的優良的值。以下說明上述涂布型鈉擴散防止膜的鈉擴散防止性能的結果。圖4表示將膜AF-O涂布在含有鈉的玻璃基體上，在400°C、減壓5Torr(665Pa) 下進行2小時煅燒后不久、以及之后為確認鈉擴散防止性能在500°C、常壓下進行1小時 氮退火處理后的涂布型鈉擴散防止膜的介電常數及其鈉擴散防止性能的SIMSGecondary Ionization Mass Spectrometer，次級離子質譜儀)分析結果。在此，涂布型鈉擴散防止膜 為膜厚M7nm的透明平坦化涂膜，膜厚優選為150 300nm的范圍。分析結果表明，從含有鈉的玻璃基體向膜AF-O中的鈉擴散在煅燒后和退火后幾乎沒有差別，均可以防止鈉的擴 散。也就是說，雖然對涂膜進行煅燒時需要400°C的溫度，但是在煅燒時的400°C下沒有產 生鈉的熱擴散，并且即使在高于此溫度的溫度(500°C )下實施熱處理(1小時退火)，也未 發現鈉的擴散。圖5表示將代替膜AF-O的膜AF-4(x = 0.3)涂布在含有鈉的玻璃基體上，在 400°C、減壓5Τοπ·(665Pa)下進行2小時煅燒后不久、以及之后為確認鈉擴散防止性能在 500°C、常壓下進行1小時氮退火處理后的涂布型鈉擴散防止膜(膜厚227nm)的介電常數 及其鈉擴散防止性能的SIMS分析結果。由該分析結果，確認鈉少量擴散到膜AF-4中，并且 可知該膜的介電常數也略微升高。最后，圖6表示將膜AF-6GM涂布在含有鈉的玻璃基體上，在400°C、減壓 5Torr(665Pa)下進行2小時煅燒后不久、以及之后為確認鈉擴散防止性能在500°C、常壓下 進行1小時氮退火處理后的涂布型鈉擴散防止膜(膜厚220nm)的介電常數及其鈉擴散防 止性能的SIMS分析結果。通過該分析結果，確認鈉完全擴散到膜AF-6GM中，并且可知該膜 的介電常數也顯著升高。以上的結果及其它種類的涂布型鈉擴散防止膜的介電常數和鈉擴散的比例結果 如圖7、圖8所示。圖7表示將各種涂布型鈉擴散防止膜在400°C、減壓5Torr (665Pa)下煅燒2小時 后鈉向膜中的擴散強度(鈉相對次級離子強度)及各膜的介電常數。圖8表示將各種涂布型鈉擴散防止膜在400°C、減壓5Torr (665Pa)下煅燒2小時 后，為確認鈉的擴散防止性能在500°C、常壓下進行1小時氮退火處理后鈉向膜中的擴散強 度及各膜的介電常數。由圖7、圖8可知，涂布型鈉擴散防止膜的介電常數為3.0以下時，可以防止鈉從含 有鈉的玻璃基體向膜中的熱擴散。以上，對本發明的實施例進行了說明，在將本發明應用于電子裝置的情況下，在上 述的鈉擴散防止膜上形成有電子元件，電子元件包括例如太陽能電池元件、顯示元件等。
權利要求
1.一種電子裝置，其特征在于，包括含有鈉的玻璃基體和在該玻璃基體上設置的由平 坦化涂膜形成的鈉擴散防止層，在所述鈉擴散防止層上形成有電子元件。
2.如權利要求1所述的電子裝置，其特征在于，所述鈉擴散防止層包含通式((CH3) Si03/2)x (SiO2)H表示的組合物，其中，0 < X彡1.0。
3.如權利要求2所述的電子裝置，其特征在于，所述通式中的χ的值為0.6 < χ < 0. 9。
4.如權利要求1所述的電子裝置，其特征在于，所述鈉擴散防止層的介電常數為3.0以下。
5.如權利要求1、2或4所述的電子裝置，其特征在于，所述鈉擴散防止層的厚度為 150 300nm。
6.如權利要求2所述的電子裝置，其特征在于，所述鈉擴散防止層是透明的。
7.如權利要求6所述的電子裝置，其特征在于，所述電子元件為太陽能電池元件。
8.如權利要求6所述的電子裝置，其特征在于，所述電子元件包括顯示元件。
9.一種電子裝置的制造方法，其特征在于，包括在含有鈉的玻璃基體的至少一個主面上，涂布含有下述縮合物的涂布液而形成涂膜的 工序，所述縮合物是通過使甲基三烷氧基硅烷化合物與四烷氧基硅烷化合物的混合物進行 水解縮合反應而得到的；和將所述涂膜在400°C以下的溫度下進行熱處理的工序。
全文摘要
一種電子裝置，包括含有鈉的玻璃基體(10)和在玻璃基體(10)上設置的由平坦化涂膜形成的鈉擴散防止膜(11)。在鈉擴散防止層(11)上形成有電子元件(12)。
文檔編號H01J5/08GK102076626SQ20098012554
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年6月30日
發明者大見忠弘, 綿貫耕平, 鈴木宏和 申請人:國立大學法人東北大學, 宇部興產株式會社, 宇部日東化成株式會社