GaN基大功率白光LED的高温老化特性

对大功率GaN基白光LED在85℃下进行了高温加速老化实验.经6500 h的老化,样品光通量退化幅度为28％ ～33％.样品的Ⅰ-V特性变化表明其串联电阻和反向漏电流不断增大,原因可归结为芯片欧姆接触的退化及芯片材料中缺陷密度的提高.样品的热特性变化显示出各结构层热阻均明显增大,这是由散热通道上各层材料的老化及焊料层出...     

大功率半导体激光器可靠性研究和失效分析

对自主研发的975 nm波长的COS封装的大功率半导体单管激光器进行了10,12,14 A的电流步进加速应力试验,应用逆幂律模型和指数分布的理论对试验结果进行了分析,计算出在8 A的电流下,器件的平均寿命为28 999 h。研究了器件的失效形式和老化前后的温升、偏振度的变化,结果表明:失效形式主要有体内退化、腔面退化、与焊接有关的退化;老化后的器件的结温上升增多,偏振度下降10%左右。     

恒定温度应力加速实验失效机理一致性快速判别方法

针对加速实验中因失效机理发生改变而导致的无效实验问题, 对失效机理一致性和分别在不同应力下器件的初期退化参数分布的关系进行了研究. 研究证明了判断加速实验失效机理一致的条件: 1) 不同应力下失效分布的形状参数服从一致, 即m_i=m, i=1,2,3,···, 2) 尺度参数 η_i服从η_i= AF_i·η. 从而提供一种在实验初期即可根据参数退化分布快速判别不同应力下失效机理是否一致的方法, 避免了因失效机理发生改变而造成的无效加速实验. 最后对加速实验初期理论退化数据和多芯片组件厚膜电阻初期退化数据进行了威布尔分布参数估计, 并对其在不同应力下的失效机理一致性进行了判别. 关键词： 失效机理一致性 恒定温度应力加速实验 威布尔分布     

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...     

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。     

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。     

电子式电流互感器中的供能激光器退化机理研究

电子式电流互感器中的供能激光器是给远端模块供能的半导体器件。为了解决其故障频发的问题,需要研究其退化机制从而为器件可靠性提升提供可行思路。设计了一套半导体激光器外特性综合测试系统,利用恒温加热箱、振动台可测得在不同温度、振动下的激光器的PIV曲线、波长等外特性参数,并通过相关性分析,表明缓慢退化的关键参数与环境敏感参量的影响机制。其次,对故障光芯片进行失效表征得出供能激光器退化机理。最后对不同退化程度的激光器光功率进行指数拟合得到供能激光器在工况条件下的预期寿命为127 438 h,并给出运维改进措施。研究结果表明退化后的激光器斜率效率变化最为显著可达7.99%,阈值电流变化为4.98%,两参量与激光器退化呈现强相关;而芯片退化乃至失效原因主要为腔面膜层损伤不断加剧导致腔面发生光学灾变。     

温度对InP激光器波长蓝移影响的分析

对AlGaInAs多量子阱FP TO-56半导体激光器在不同环境温度、相同发热量下测量出光波长的变化来分析器件波长温度变化系数;并对器件在室温、不同发热功率下的出光波长变化进行测量,分析计算得到器件热阻为183K/W.接着对器件进行不同高温应力试验,结果显示:环境温度从120℃增加至220℃时,器件峰值波长发生缓慢蓝移;当环境温度达到225℃时,器件波长发生明显蓝移,从试验前1 297nm蓝移至1 265nm;温度继续增加至235℃,波长蓝移至1 258nm,同时光谱模式间隔从试验前0.92nm降低至0.84nm,即模式有效折射率从3.66增加至3.77;温度继续增加至240℃,器件失效无光.其主要原因可能为:高温应力下,激光器外延材料中波导层、量子阱量子垒中的Al、Ga、In金属元素往有源区方向迁移使得量子阱有效禁带宽度以及有源区波导折射率增大.该试验结果为进一步分析器件高温下器件的失效机理以及改善器件高温性能提供试验基础.     

物理型硬件木马失效机理及检测方法

对两种物理型硬件木马造成芯片退化或失效的机理进行了详细分析. 通过使用ATLAS 二维器件仿真系统并结合SmartSpice电路逻辑仿真器, 模拟了两种物理型硬件木马对反相器逻辑电路输出特性的影响. 使用ATHENA工艺仿真系统模拟了掺杂离子注入工艺过程, 实现了掺杂型硬件木马的金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)器件; 使用热载流子注入退化模型对ATLAS 仿真器件进行热载流子压力测试, 以模拟热载流子注入型硬件木马注入MOSFET器件并造成器件退化失效的过程, 分别将上述掺杂型硬件木马和热载流子注入型硬件木马的MOSFET器件与另一个正常MOSFET器件组成同样的反相器逻辑电路. 反相器使用Spice 逻辑电路仿真输出DC直流、AC瞬态传输特性以研究物理型硬件木马对电路输出特性的影响. 为了研究MOSFET器件的物理特性本身对硬件木马的影响, 在不同温度不同宽长比(W/L)下同样对反相器进行Spice电路逻辑输出仿真. 本文分析了离子掺杂工艺、热载流子注入压力测试形成的物理型硬件木马随压力强度、温度的变化对逻辑电路输出特性的影响. 通过结果对比分析得出了含有物理型硬件木马的逻辑电路在DC直流输出特性上的扰动比AC瞬态传输特性更明显的结论. 因此, 本文提出了一种针对物理型硬件木马的检测流程. 同时, 该检测流程是一种具有可操作性的检测物理型硬件木马的方法.     

大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计

针对大功率远程荧光粉型白光LED存在的散热问题,研究了其封装结构的散热设计方法。在分析现有远程荧光粉型白光LED封装结构及散热特点的基础上,提出将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。仿真分析结果表明:新的设计能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热能力。在相同边界条件下,改进设计后的荧光粉层温度较改进前降低了10.7℃,芯片温度降低了0.55℃。在芯片基座上设置热隔离槽对芯片和荧光粉层温度的影响可以忽略。为了达到最优的芯片和荧光粉层温度配置,对荧光粉层与芯片之间封装胶层厚度进行优化是必要的。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来,既避免了二者的相互加热问题,又增加了灯珠光学设计的自由度。     

低色温无荧光粉LED光源的可靠性研究

为了对比研究新型低色温无荧光粉LED光源和低色温荧光粉LED光源的可靠性,本文进行了85℃加速老化和温度步进应力实验,测试了各光电参数在老化过程中的变化规律,并分析了有无荧光粉低色温光源的老化衰减机理。实验结果表明,在20 A/cm2工作电流密度、85℃的加速老化条件下,两种类型的光源都表现出很好的稳定性,但随着功率的增加,无荧光粉光源展现出更好的光通量稳定性;随着温度的升高,无荧光粉光源在高达200℃左右仍表现出良好的可靠性,而荧光粉光源则在175℃后出现了明显的光通量衰减和色温升高。电流应力或温度应力提升以后,无荧光粉光源展现出更优异的可靠性。     

加载功率与壳温对AlGaN/GaN高速电子迁移率晶体管器件热阻的影响

结温是制约器件性能和可靠性的关键因素, 通常利用热阻计算器件的工作结温. 然而, 器件的热阻并不是固定值, 它随器件的施加功率、温度环境等工作条件的改变而变化. 针对该问题, 本文以CREE公司生产的高速电子迁移率晶体管(HEMT)器件为研究对象, 利用红外热像测温法与Sentaurus TCAD模拟法相结合, 测量研究了AlGaN/GaN HEMT器件在不同加载功率以及管壳温度下热阻的变化规律. 研究发现: 当器件壳温由80 ℃升高至130 ℃时, 其热阻由5.9 ℃/W变化为6.8 ℃/W, 增大15%, 其热阻与结温呈正反馈效应; 当器件的加载功率从2.8 W增加至14 W时, 其热阻从5.3 ℃/W变化为6.5 ℃/W, 增大22%. 对其热阻变化机理的研究发现: 在不同的管壳温度以及不同的加载功率条件下, 由于材料导热系数的变化导致其热阻随温度与加载功率的变化而变化.     

高温稳定25 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器

通过在N型分布布拉格反射镜(DBR)中采用高热导率AlAs材料,且增加AlAs层所占的厚度比例,在保持DBR反射率基本不变的情况下,大幅度增加了N型DBR的热导率,提高了器件高温工作性能。制作了氧化限制型顶发射VCSEL器件,不同温度条件下的直流测试结果表明:25℃时热反转功率超过8 mW;85℃时热反转电流为11 mA,功率达5 mW,表现出较好的高温工作特性。远场发散角小于17°。0～70℃的温度条件下眼图都较清晰,表明器件满足高温25 Gbit/s工作要求。     

高显色白光LED的制备及其变温特性

分别用黄色、红色荧光粉和黄色、红色、绿色荧光粉制备了两种高显色指数白光发光二极管(LED),调整荧光粉的比例使显色指数达到最高。对两种样品进行光学测试,发现加绿粉的样品光通量比较大,这是因为加绿粉后绿光成分较多,而绿光的视效函数比红光的大得多。对两种样品进行10℃～90℃的变温测试,发现发光效率都降低,显色指数反而升高。发光效率降低一方面是由芯片的内量子效率降低引起的,另一方面是芯片的发射波长红移使其与荧光粉的激发波长不匹配,并且荧光粉在升温时激发效率会降低。显色指数升高是因为高温时芯片发出的蓝光光谱变宽,使得整个光谱相对于室温时的光谱更平滑,更接近太阳光谱。     

功率型白光LED光学特性退化分析

将GaN基蓝光芯片涂敷YAG荧光粉和透明硅胶制成额定功率为1 W的白光发光二极管(LED),对其施加900mA的电流应力,在老化过程中测量白光LED的主要光学参数,考察其光学特性的退化情况。经过4 200 h的老化,样品光通量退化为初始值的15%~18% 。样品的漏电流明显增大,表明芯片有源区缺陷密度提高,但光谱分布图中蓝光部分的辐射量未减少,仅观察到黄光部分辐射量的减少,推断出YAG荧光粉的转换效率降低。同时,从原理上分析了样品色温逐渐增大,显色指数基本不变的原因,对大功率白光LED在照明领域的应用有一定的借鉴意义。     

六氟丙烷洁净气体灭火剂热分解性能研究

利用气相色谱(GC)、气相色谱-质谱(GC-MS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了六氟丙烷洁净气体灭火剂在管式反应器中500～750 ℃时的热分解性能。经测试发现热分解气体中含有氟化氢,GC-MS分析发现含有五氟丙烯,说明六氟丙烷高温热分解时主要是脱去氟化氢、生成五氟丙烯的过程。GC和FTIR结果表明,反应温度对六氟丙烷的热分解有明显影响,600 ℃时开始发生微弱分解,750 ℃时发生强烈分解。FTIR可作为在线研究含氟气体灭火剂灭火机理的新方法。     

无封胶白光数码管荧光粉转换率的分析

研究无封胶白光数码管衰减机理,利用蓝白比拟法测算无封胶白光数码管荧光粉转换率.对蓝白数码管分3组进行电流老化实验,老化电流分别为20、40mA和60mA.在恒定直流为20mA,老化时间为1000h实验中,通过分析蓝、白数码管光谱曲线的变化,研究了蓝光光输出功率和黄光光输出功率衰减情况,利用实验数据,分析表明了荧光粉转换率的衰减是影响无封胶白光数码管老化的重要因素.同时分析比较了在40mA和60mA不同电流老化实验下得到的荧光粉转换率,发现工作电流越大,荧光粉转化率衰减越快,符合无封胶白光数码管在大电流作用下衰减更快的实际情况,影响使用寿命.对荧光粉转换率的研究将为无封胶白光数码管的应用及进一步研究无封胶白光数码管衰减原因提供参考.     

多孔性氟化物助熔剂制备Eu2+:(Sr,Ca) AlSiN3红色荧光粉

H-PAF （Micro-porous aluminum fluoride）是一种比表面积为20~200 m²/g的多孔性氟化物,具有熔点低、活性高等特性。在Eu²⁺：（Sr,Ca） AlSiN₃烧成工艺中作为助熔剂使用,与传统的氟化物、硼酸等助熔剂相比,可以有效增加Eu²⁺：（Sr,Ca） AlSiN₃荧光粉在合成过程中总的反应活性,降低反应温度50℃以上,并改善荧光粉的发光性能。本文以H-PAF多孔性氟化物为助熔剂,合成了Eu²⁺：（Sr,Ca） AlSiN₃荧光粉,合成温度从1 800℃降低到1 750℃,而且XRD衍射峰更尖锐,说明H-PAF的添加使晶体结晶性更好。测试了Eu²⁺：（Sr,Ca） AlSiN₃荧光粉搭配Ga-YAG绿色荧光粉制成器件后的光效。发现添加PAF后,Eu²⁺：（Sr,Ca） AlSiN₃荧光粉用粉量降低约5%,器件光通量提高2%以上。