GaN基白光发光二极管失效机理分析

对小功率白光GaN基发光二极管(LED)在室温、40 ℃和70 ℃下进行温度加速老化寿命实验,通过对老化前后不同时间段器件的电学、光学和热学特性进行测量来分析器件的失效机理,着重分析器件的芯片和荧光粉的失效机理.器件老化前后的I-V特性表明:老化过程中,器件的串联电阻和低正向偏压下的隧道电流增大,这是由于器件工作时其芯片的欧姆接触退化和半导体材料的缺陷密度升高而引起的.器件的热特性表明:高温度应力下器件的热阻迅速变大,封装材料迅速退化,这是器件退化的主要原因;光谱曲线表明温度加速了器件的     

功率高压LED模组在不同应力下的老化实验

对LED进行应力加速老化实验及分析可以对器件可靠性做出最快、最有效的评估。本文将相同的6V高压功率白光LED分为两组,一组施加180 m A电流应力和85℃温度应力进行高温老化实验,另一组施加180 m A电流应力、85℃高温和85%相对湿度进行高温高湿老化实验。在老化过程中,测试了LED光电参数随老化时间的变化规律。实验结果表明:高温大电流应力下的样品的光退化幅度为0.9%~3.4%,高温高湿大电流应力下的样品的光退化幅度为25.4%~27.8%,高温高湿下样品的老化程度远高于高温老化下样品的老化程度,湿度对LED可靠性有显著的影响。退化的原因包括荧光粉的退化和器件内部欧姆接触退化等。     

多结级联垂直腔面发射激光器失效分析

对自主研发的940 nm大功率三结垂直腔面发射激光器(VCSEL)单点器件的高温高电流老化失效后的器件进行了失效分析研究.首先,通过热阻测试确定了加速老化实验的结温,并计算了老化加速因子为104.随后,对老化过程中产生的失效器件进行失效分析.通过老化前后器件L-I-V、正反向V-I、光学及红外外观、近场光斑及透射电子显...     

不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。     

不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析（英文）

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。     

高功率二极管激光器失效特性研究

利用统计分析手段,对高功率二极管激光器封装中各工艺环节引起器件失效的原因进行了分析和归类.根据几种失效模式的分析结果,焊接空隙、结短路、腔面退化是引起高功率DL失效的主要模式,针对高功率二极管激光器失效的主要模式,对焊料沉积夹具及焊接工艺参数进行了改进和优化,大大提高了封装工艺水平,使封装的器件成品率由原来的77%提高到了85%以上.     

基于Kolmogorov-Smirnov检验的LED可靠性评估

提出一种对光参量呈非单调下降规律的LED灯珠可靠性进行评价的方法.采用加速寿命实验获得光通量退化数据,利用指数叠加形式的退化模型对光通维持率退化数据进行拟合,与指数模型拟合效果相比,该模型具有更好的效果.用MATLAB软件计算样品的伪失效寿命,通过KolmogorovSmirnov检验法得到两个公司样本伪失效寿命分布分别服从对数正态分布和威布尔分布,以相应分布参量评估产品可靠性得到两个公司样本的伪失效寿命分别为5 328.37h和4 758.35h.该方法对参量呈非单调下降规律的LED器件可靠性的评估具有参考价值.     

质子辐照导致科学级电荷耦合器件电离效应和位移效应分析

针对卫星轨道上的空间环境辐射引起电子元器件参数退化问题, 为了研究光电器件空间辐射效应、损伤机理以及参数退化规律, 对某国产埋沟科学级电荷耦合器件(charge-coupled devices, CCD)进行了10 MeV质子辐照试验、退火试验及辐射效应理论模型研究. 试验过程中重点考察了器件的暗信号和电荷转移效率特性的变化. 试验结果表明, 器件的主要性能参数随着质子辐照注量的增大明显退化, 在退火过程中这些参数均有不同程度的恢复. 通过对CCD敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析, 并根据半导体器件辐射效应理论, 推导了器件敏感参数随质子辐照注量变化的理论模型, 得到了暗信号及电荷转移效率随辐照注量退化的半经验公式. 上述工作可为深入开展CCD抗辐射性能预测、抗辐射工艺改进与结构优化提供重要参考.     

CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性

随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路（IC）的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲（EMP）引起的陷阱辅助隧穿（TAT）效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EMP感应电场在氧化层中产生陷阱和泄漏电流,从而导致器件的输出退化和热失效。建立了退化和失效的理论模型,以描述输出退化及热积累对EMP特征的依赖性。温度分布函数由半导体中的热传导方程导出。基于TLP测试系统进行的相应实验证实了出现的性能退化,与机理分析一致。Sentaurus TCAD的仿真结果表明,EMP引起的损坏是由栅极氧化层中发生的TAT电流路径引起的,这也是器件的易烧坏位置。此外,还讨论了器件失效与脉冲上升沿的关系。本文的机理分析有助于加强其他半导体器件的EMP可靠性研究,可以对CMOS数字集成电路的EMP加固提出建议。     

CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性（英文）

随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路(IC)的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲(EMP)引起的陷阱辅助隧穿(TAT)效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EMP感应电场在氧化层中产生陷阱和泄漏电流,从而导致器件的输出退化和热失效。建立了退化和失效的理论模型,以描述输出退化及热积累对EMP特征的依赖性。温度分布函数由半导体中的热传导方程导出。基于TLP测试系统进行的相应实验证实了出现的性能退化,与机理分析一致。Sentaurus TCAD的仿真结果表明,EMP引起的损坏是由栅极氧化层中发生的TAT电流路径引起的,这也是器件的易烧坏位置。此外,还讨论了器件失效与脉冲上升沿的关系。本文的机理分析有助于加强其他半导体器件的EMP可靠性研究,可以对CMOS数字集成电路的EMP加固提出建议。     

Study on the degradation of NMOSFETs with ultra-thin gate oxide under channel hot electron stress at high temperature

This paper studies the degradation of device parameters and that of stress induced leakage current (SILC) of thin tunnel gate oxide under channel hot electron (CHE) stress at high temperature by using n-channel metal oxide semiconductor field effect transistors (NMOSFETs) with 1.4-nm gate oxides. The degradation of device parameters under CHE stress exhibits saturating time dependence at high temperature. The emphasis of this paper is on SILC of an ultra-thin-gate-oxide under CHE stress at high temperature. Based on the experimental results, it is found that there is a linear correlation between SILC degradation and V_h degradation in NMOSFETs during CHE stress. A model of the combined effect of oxide trapped negative charges and interface traps is developed to explain the origin of SILC during CHE stress.     

高电子迁移率晶体管放大器高功率微波损伤机理

在TCAD半导体仿真环境中,建立了0.25 m栅长的AlGaAs/InGaAs高电子迁移率晶体管(HEMT)低噪声放大器与微波脉冲作用的仿真模型,基于器件内部的电场强度、电流密度和温度分布的变化,研究了1 GHz的微波从栅极和漏极注入的损伤机理。研究结果表明,从栅极注入约40.1 dBm的微波时,HEMT内部峰值温度随着时间的变化振荡上升,最终使得器件失效,栅下靠源侧电流通道和强电场的同时存在使得该位置最容易损伤;从漏极注入微波时,注入功率的高低会使器件内部出现不同的响应过程,注入功率存在一个临界值,高于该值,器件有可能在第一个周期内损伤,损伤位置均在漏极附近。在1 GHz的微波作用下,漏极注入比栅极注入更难损伤。     

GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理

提出了一种新型GaN异质结高电子迁移率晶体管在强电磁脉冲下的二维电热模型,模型引入材料固有的极化效应,高场下电子迁移率退化、载流子雪崩产生效应以及器件自热效应,分析了栅极注入强电磁脉冲情况下器件内部的瞬态响应,对其损伤机理和损伤阈值变化规律进行了研究.结果表明,器件内部温升速率呈现出"快速-缓慢-急剧"的趋势.当器件局部温度足够高时(2000 K),该位置热电子发射与温度升高形成正反馈,导致温度急剧升高直至烧毁.栅极靠近源端的柱面处是由于热积累最易发生熔融烧毁的部位,严重影响器件的特性和可靠性.随着脉宽的增加,损伤功率阈值迅速减小而损伤能量阈值逐渐增大.通过数据拟合得到脉宽τ与损伤功率阈值P和损伤能量阈值E的关系.     

Degradation behaviors of high power GaN-based blue light emitting diodes

The degradation mechanism of high power InGaN/GaN blue light emitting diodes(LEDs)is investigated in this paper.The LED samples were stressed at room temperature under 350-mA injection current for about 400 h.The light output power of the LEDs decreased by 35%during the first 100 h and then remained almost unchanged,and the reverse current at 5 V increased from 10 9A to 10 7A during the aging process.The power law,whose meaning was re-illustrated by the improved rate equation,was used to analyze the light output power-injection current(L–I)curves.The analysis results indicate that nonradiative recombination,Auger recombination,and the third-order term of carriers overflow increase during the aging process,all of which may be important reasons for the degradation of LEDs.Besides,simulating L–I curves with the improved rate equation reveal that higher-than-third-order terms of carriers overflow may not be the main degradation mechanism,because they change slightly when the LED is stressed.     

忆阻器单阻态下的记忆电容行为及多态特性

采用供体-受体类型的共聚物构建了Al/共聚物/ITO结构的有机记忆器件,并对其电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)特性进行了研究.结果表明:器件不仅表现出明显的记忆电阻特征,而且在单个电阻状态下还存在记忆电容行为,使器件呈现出两种电阻状态和与之对应的四种电容状态,具有电阻和电容的双参量记忆能力.在此基础上对器件的电容开关行为进行了电压幅值的调制,使器件出现了更多的电容状态,为多级存储的实现提供了一条有效途径.最后通过引入分子内部极化算符,建立了记忆电阻和记忆电容的关联性,给出了描述器件双参量多状态特征的矩阵模型.     

自旋电子学简介及其研究进展

自旋电子学主要研究电子自旋在固体物理中的作用,是一门结合磁学与微电子学的交叉学科,其研究对象包括电子的自旋极化、自旋相关散射、自旋弛豫以及与此相关的性质及其应用等.基于电子自旋的自旋电子器件能够大大提高信息处理速度和存储密度,而且具有非易失性、低能耗等优点.简单介绍了自旋电子学的概念及其研究内容,综述了自旋电子学目前的研究及应用进展.     

Si衬底GaN基蓝光LED老化性能

报道了芯片尺寸为500μm×500μm硅衬底GaN基蓝光LED在常温下经1000h加速老化后的电学和发光性能,其光功率随老化时间的变化分先升后降两个阶段;老化后的反向漏电流和正向小电压下的电流均有明显的增加;老化后器件的外量子效率(EQE)比老化前低;老化前后EQE衰减幅度在不同的注入电流下存在明显差异,衰减幅度最小处出现在发光效率最高时对应的电流密度区间。