螺旋线慢波结构中界面热阻率的研究

通过理论和实验的方法,对螺旋线慢波结构中的界面热阻率进行了研究.分析了两个接触处的界面热阻率对慢波结构散热性能的不同影响.提出了一种计算界面热阻率的方法,并对其准确性和可行性进行了验证.该方法可以分别估算两个接触处的界面热阻率,并考虑了组件材料属性随温度变化的特性.利用该方法研究了夹持杆材料和装配方法对螺旋线慢波结构界面热阻率的影响. 关键词： 慢波结构 散热性能 界面热阻率     

空气强制对流冷却工况下多芯片散热过程数值模拟

建立强制空气对流冷却多个电子芯片的理论模型,采用控制容积法离散控制方程组并进行数值求解,得到芯片和固体基板的温度场,分析了冷却空气流过电子芯片的流场,同时在考虑芯片与基板的接触热阻的情况下,计算了芯片的温度分布,并与不考虑其接触热阻的数值模拟结果进行了比较。研究表明离冷却空气进口最远的芯片温度最高;空气在芯片之间流动会产生回流现象;当电子芯片与固体基板接触热阻较小时,芯片工作产生的热量能很好地通过固体基板传递出去,而当电子芯片与固体基板接触热阻较大时,热量传递会相对困难,使得芯片工作时产生的热量不能及时带走,芯片容易超温工作。     

接触热阻对燃料电池温度分布影响的数值模拟

本文采用三维、非等温、以及考虑各向异性扩散层性质的燃料电池模型分析了气体扩散层和流场板肋板之间的接触热阻对电池温度分布和性能的影响。计算结果表明,接触热阻对电池最高温度及温度分布均有很大影响。电池输出电压为0.3 V时,有接触热阻工况电池最大温度高于无接触热阻工况约8.5 K。此外,有接触热阻计算工况扩散层内温度变化平缓,而无接触热阻计算工况扩散层内温度变化较快。因此,对于燃料电池温度分布的准确预测,不能忽略接触热阻的影响。     

大功率半导体激光器散热研究综述

近年来,半导体激光器功率不断提高,由之引发的散热问题已成为限制半导体激光器发展的瓶颈。芯片温度升高引起激光器性能下降,要使激光器在大功率条件下依然保持良好特性就必须强化对激光器芯片的散热。通过分析激光器芯片温度对激光器各项性能指标的影响,说明了降低芯片温度对保证激光器正常工作的重要性。鉴于流体侧的对流传热热阻在总热阻起主导作用,重点分析半导体激光器散热结构中流体侧的散热方法,并将其分为传统散热方法和新型散热方法,传统散热方法包括平板热沉散热、大通道水冷等,新型散热方法包括微通道散热、喷雾冷却、射流冲击、热管散热和液态金属散热。总结了各种方法的优缺点,从热流密度和温差两个指标评价各种散热方法,探讨其在激光器散热上的应用前景。     

空间相机接触热阻的计算

为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题,从接触面传导和辐射换热的角度考虑,给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境,得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例,对其结构进行合理的简化,利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型,仿真计算了低温稳态平衡工况,考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合,最大偏差为0.45℃。研究结果表明,该接触热阻计算方法合理,可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。     

热阻对液氮冷屏性能的影响研究

超导元件需用液氦降温至极低工作温度才能实现超导性能,液氦温区仅靠真空多层绝热方式无法达到理想绝热效果,采用液氮冷屏隔断液氦和环境之间的传热,能够有效降低液氦系统蒸发损失和液氦用量。为研究热阻对液氮冷屏传热特性的影响,建立了液氮冷屏热阻模型,通过理论传热计算得到了不同热阻与冷屏板温度及传热量之间的关系,利用数值模拟软件对不同热导率材料和不同板厚下冷屏板的温度分布进行了分析。结果表明,最不利热阻为接触热阻和导热热阻,采用高导热系数材料及适度增加冷屏板厚度有助于提高冷屏板温度分布的均匀性,减小接触热阻和冷屏板表面发射率有助于提高冷屏隔热性能,为改善冷屏热屏蔽效果提供依据。     

AlGaInP-LED发光阵列热场分析及散热设计

建立了5×5 Al Ga In P材料LED微阵列的有限元热分析模型,根据计算对模型进行了简化。结果表明,简化模型与原始模型的温度分布规律基本一致,计算得到的两种模型在工作1.5 s时的温度相对误差为0.8%。使用简化模型模拟了含104个单元、尺寸为10 mm×10 mm×100μm的芯片的温度场分布,工作1.5 s时的芯片中心温度已达到360.6℃。为解决其散热问题,设计了两种散热器,并对其结构进行了优化,分析了翅片数量、翅片尺寸、粘结材料对芯片温度的影响。     

低温下固体接触热阻与接触电阻的实验研究

在低温工程中,两个接触固体之间存在着接触热阻与接触电阻,将对低温实验中热量及电流的传输产生显著的影响,是进行低温下物性研究的关键。自行研制了一套可同步实现固体接触热阻和接触电阻的测量装置,该系统具有较高的精度,可实现外界力、温度等对接触热阻的测量,同时具备接触电阻的实时测量功能。在此基础上,开展了外界压力、温度、电流对接触热阻和接触电阻的实验研究。实验结果显示:随着压力的增大,接触热阻与接触电阻随之减小;低温下,随着温度的增大接触热阻与接触电阻增大,接触电阻增大的速率要比接触热阻快。温度平衡时,20mA范围内的电流变化对接触电阻的影响显著,对接触热阻影响非常小。当界面温度达到室温后,首次观测到接触热阻和接触电阻会随着温度的增大而减小。     

复合隔热结构活塞界面材料接触热阻实验研究

复合隔热结构活塞是一种新型的高功率密度柴油机活塞,其结构由多种材料组合而成,而材料间的界面接触热阻会对活塞的隔热效果产生影响。本文基于稳态热流法搭建测量接触热阻实验装置,分别对钛合金与耐热钢之间的接触热阻和耐热钢与铝合金之间的接触热阻进行了测量,并对试验的误差进行分析,确定试验过程中界面热阻的最大测试误差为5.81%,研究了活塞工况下的压力和温度对材料界面接触热阻的影响.结果表明:相同压力下,随界面温度的升高接触热阻呈下降趋势.在界面压力较小条件下,温度的变化对接触热阻影响比较明显。相同温度下,材料接触界面处的压力越大,其接触热阻值就越小,但是在不同的温度阶段,接触热阻减小幅度不同.同样的载荷与温度条件下,耐热钢和铝合金的界面接触热阻比钛合金和耐热钢材料组合的接触热阻小.     

大功率、宽光谱超辐射发光管的温度稳定性研究

超辐射发光管（SLD）的温度稳定性是通过芯片制作、耦合封装和应用控制三个环节实现控制. 在一定的驱动电流下,通过提高耦合效率、改善温控器件的几何参数以及器件整体的热分布参数,实现SLD大功率、宽光谱的光功率输出,出纤光功率达到750μW／100mA,光谱宽度大于40nm. 工作温度范围为－40～＋70℃,功率波动小于2 ％.     

温度和电流对白光LED发光效率的影响

对大功率白光LED发光效率进行了研究,得出温度和电流对LED发光效率的影响:随着温度的升高,势阱中辐射复合几率降低,从而降低了发光效率;电流的升高,使更多的非平衡载流子穿过势垒,降低了发光效率。LED工作时,过高的工作温度或者过大的工作电流都会产生明显的光衰:如果LED工作温度超过芯片的承载温度,这将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并且对LED造成永久性破坏;如果LED的工作电流超过芯片的饱和电流,也会使LED发光效率快速降低,产生明显的光衰。并且LED所能承载的温度与饱和电流有一定关系,散热良好的装置可以使LED工作温度相对降低些,饱和电流也可以更大,LED也就可以在相对较大的电流下工作。     

Broad gain,continuous-wave operation of InP-based quantum cascade laser at λ~11.8 μm

We demonstrate a broad gain, continuous-wave (CW) operation InP-based quantum cascade laser (QCL) emitting at 11.8 μm with a modified dual-upper-state (DAU) and diagonal transition active region design. A 3 mm cavity length, 16.5 μm average ridge wide QCL with high-reflection (HR) coatings demonstrates a maximum peak power of 1.07 W at 283 K and CW output power of 60 mW at 293 K. The device also shows a broad and dual-frequency lasing spectrum in pulsed mode and a maximum average power of 258.6 mW at 283 K. Moreover, the full width at half maximum (FWHM) of the electroluminescent spectrum measured at subthreshold current is 2.37 μm, which indicates a broad gain spectrum of the materials. The tuning range of 1.38 μm is obtained by a grating-coupled external cavity (EC) Littrow configuration, which is beneficial for gas detection.     

隐埋“月牙”形InGaAsP/InP激光器动态特性研究

本文用计算机模拟方法分析了隐埋“月牙”形InGaAsP/InP激光器的动态特性,得到阈值电流,单模截止条件与有源区厚度(中心)d₀、沟宽W、条宽s、腔长L和材料的电阻率R_x等结构参数间的关系。在模拟分析的基础上,提供了阈值电流与结构参数间的近似表示式,从中能简捷地估算激光器的物理特性。文内还提出了注入载流子浓度高斯分布模型,应用这模型,可准确地计算电流扩展和增益分布,且导出了最大增益g_max,阈值电流密度J_th,模增益G_th,最佳有源区(中心)厚度d_0,min,最佳阈值电流密度J_th,min等一系列解析式。基于上述分析,该激光器最佳设计参数为d₀=0.15—0.2μm,W=2—4μm,s=10—15μm,L=200μm。 关键词：     

基于横向热流抑制的半导体激光芯片封装实验研究

为降低半导体激光芯片的慢轴远场发散角,提高其慢轴方向的光束质量,设计了横向热流抑制的封装结构。利用热沉间的物理隔离,削弱了半导体激光芯片慢轴方向上的温度梯度,有效降低了半导体激光芯片慢轴方向的发散角。采用热分析模拟了不同封装结构下芯片发光区的温度分布,并对波长915 nm的窄条宽半导体激光芯片进行封装。实验结果表明,在工作电流15 A,封装在隔离槽长4 mm,脊宽120 μm刻槽热沉上的芯片,其慢轴远场发散角由12.25°降低至10.49°,相应的光参量积（BPP）由5.344 mm·mrad 降低至4.5763 mm·mrad,慢轴方向亮度提升了约5.5%。实验结果表明,横向热流抑制的封装结构可以有效地削弱半导体激光芯片慢轴方向上由热透镜效应引起的高阶模激射,从而降低其慢轴远场发散角。     

LED感应局部加热封装试验研究

采用感应局部加热技术,对大功率发光二极管(LED)封装进行了试验研究。结果表明,由于感应加热对材料和结构具有选择性,封装过程中仅Cu-Sn合金焊料层加热,实现了芯片和覆铜陶瓷基板间的热键合。封装后的LED性能测试表明,该封装技术不仅降低了热阻,使LED在高电流下(4倍电流)仍能保持较低的工作温度,而且降低了热应力和整体高温对芯片结构的损坏,提高了器件性能和可靠性。     

Self-aligned-gate AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistor with titanium nitride gate

Self-aligned-gate heterostructure field-effect transistor(HFET) is fabricated using a wet-etching method.Titanium nitride(TiN) is one kind of thermal stable material which can be used as the gate electrode.A Ti/Au cap layer is fixed on the gate and acts as an etching mask.Then the T-shaped gate is automatically formed through over-etching the TiN layer in 30% H_2O_2 solution at 95 ℃.After treating the ohmic region with an inductively coupled plasma(ICP) method,an Al layer is sputtered as an ohmic electrode.The ohmic contact resistance is approximately 0.3 Ω·mm after annealing at a low-temperature of 575 ℃ in N_2 ambient for 1 min.The TiN gate leakage current is only 10~(-8) A after the low-temperature ohmic process.The access region length of the self-aligned-gate(SAG) HFET was reduced from 2 μm to 0.3 μm compared with that of the gate-first HFET.The output current density and transconductance of the device which has the same gate length and width are also increased.     

低阈值852nm半导体激光器的温度特性

通过金属有机化学气相淀积(MOCVD)和半导体后工艺技术制备了852 nm半导体激光器,它在室温下的阈值电流为57.5 m A,输出的光谱线宽小于1 nm。测试分析了激光器的输出光功率、阈值电流、电压、输出中心波长随温度的变化。测试结果表明,当温度变化范围为293~328 K时,阈值电流的变化速率为0.447m A/K,特征温度T0为142.25 K,输出的光功率变化率为0.63 m W/K。通过计算求得理想因子n为2.11,激光器热阻为77.7 K/W,中心波长漂移速率是0.249 29 nm/K,实验得出的中心波长漂移速率与理论计算结果相符。实验结果表明,该半导体器件在293~303 K的温度范围内,各特性参数能够保持相对良好的状态。器件如果工作在高温环境,需要添加控温设备以保证器件在良好状态下运行。     

Graded tensile-strained bulk InGaAs/InP superluminescent diode with very wide emission spectrum

A kind of novel broad-band superluminescent diodes (SLDs) using graded tensile-strained bulk InGaAs is developed. The graded tensile-strained bulk InGaAs is obtained by changing only group-Ⅲ trimethylgallium source flow during low-pressure metal organic vapor-phase epitaxy. At the injection current of 200mA, the fabricated SLDs with such structure demonstrate full-width at half-maximum spectral width of 106 nm and the output light power of 13.6 mW, respectively.     

915 nm宽条形半导体激光器输出特性

为了研究温升对915 nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性的影响,搭建了基于半导体制冷片(TEC)的双向温控平台对其进行了测试。首先,改变激光器的外表面温度,测量其在不同注入电流时的光功率和波长,并利用CCD相机测量其慢轴发散角。然后,利用计算机仿真软件对激光器的工作状态进行稳态模拟,从而获得了其对应的热分布情况,通过将模拟得到的数据与实验测量的结果进行比较,获得了两者趋于一致的结论:当热功率从2.1 W升高至20.0 W时,慢轴发散角从2.6°增大至5.0°,同时波长发生红移,热透镜焦距减小;激光器波长随温度变化关系的系数约为0.4 nm/℃,器件热阻为1.5 K/W。因此,为了同时获得高的输出功率和稳定的输出波长,有必要将激光器外表面温度精确控制在某一数值,否则波长将会发生漂移;此外,在设计制作高功率半导体激光器时,通过适当增加条宽并采用散热良好的封装结构,可以减小对慢轴发散角的影响。     

用激光测量高热可靠性电子器件的热变形

本文提出了一种测量大功率电子器件热变形的双曙光激光全息干涉法，针对一种可靠性要求很高的电子器件-火箭点火用固态继电器进行实际测试，试验结果表明，固态继电器在大负载功率工作状态时，芯片表面的干涉条纹较多，条纹弯曲程度较大，因此反映了芯片热变形和热应力增大趋势较为明显。