氢氟酸处理InP/GaP/ZnS量子点的光学性能及其发光二极管应用

采用氢氟酸(HF)原位注入法制备了InP/GaP/ZnS量子点。通过紫外/可见/近红外光谱、光致发光光谱、透射电镜、球差校正透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试手段分析了HF对InP量子点的发光性能影响。实验结果表明,HF刻蚀减少了量子点表面氧化缺陷状态,有效控制了InP核表面的氧化,并且原子配体形式的F-钝化了量子点表面的悬挂键,显著提升了量子点的光学性能。HF处理的InP/GaP/ZnS量子点具有最佳的发光性能,PLQY高达96%。此外,用HF处理InP/GaP/ZnS量子点制备的发光二极管,其发光的电流效率为6.63 cd/A,最佳外量子效率(EQE)为3.83%。

截止频率1.2 THz的GaN肖特基二极管及其三倍频单片集成电路

通过设计不同掺杂浓度和厚度的GaN低掺杂外延层,制造了两款SiC基GaN肖特基势垒二极管(Schott⁃ky barrier diode,SBD)。结果显示在低掺杂层厚度为80 nm,掺杂浓度为8×10^(17)cm^(−3)条件下制备的GaN SBD截止频率高达1.2 THz。基于该SBD管芯制备了平衡式三倍频单片集成电路,室温下三倍频电路在305~330 GHz频段内连续波饱和输出功率大于10 mW,带内最大输出功率达25 mW,最高倍频效率达到3.3%。

高亮绿光氮化镓基Micro-LED微型显示器制备

Micro-LED作为一种新型的显示技术,具有对比度高、响应快及寿命长等优点,已成为当前研究的热点。然而,尽管潜力巨大,Micro-LED技术的商业化之路仍面临诸多技术上的挑战与瓶颈。本文旨在探讨高亮绿光氮化镓基Micro-LED微型显示器的制备过程及其相关技术。基于WVGA041全数字信号电路CMOS硅基驱动电路,制作了0.41 inch、分辨率为800×480的主动式单色绿光Micro-LED微型显示器。利用高精度倒装焊接技术实现了CMOS驱动电路与LED发光芯片的电气连接。结果表明,制备出LED显示芯片正常启亮电压为2.8V,EL光谱峰值波长524nm;在硅基CMOS电路驱动范围内,Micro-LED微型显示器在5V电压下,器件亮度为108000cd/m^(2)(最大亮度可达250000 cd/m^(2)),电流密度达到0.61A/cm^(2)时色坐标为(0.175,0.756)。当电流密度从0.3A/cm^(2)增加到1.3A/cm^(2)时,色坐标从(0.178,0.757)变化到(0.175,0.746),器件的色稳定性能够满足实际应用要求。

日盲型AlGaN紫外阵列探测器研制

针对日盲紫外波段光信号的探测,研制了1 280×1 024/15μm×15μm AlGaN阵列型紫外探测器。像元采用共用N面电极的PIN台面结构,介绍了器件的结构、材料生长和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试。结果表明:器件的正向开启电压大于10 V,反向击穿电压大于90 V;0.5 V偏压时单像元暗电流约为0.1 fA,1 V偏压时光谱响应范围为255~282 nm, 270 nm峰值波长响应度约为0.12 A/W。器件实现了日盲紫外成像演示。

基于GaAs肖特基二极管单片集成技术的330~400 GHz三倍频器

基于砷化镓肖特基二极管研制了工作频率为330~400 GHz的三倍频器。在三倍频电路中,通过将二极管管芯排布方向与信号传输方向垂直,形成了无偏置反向并联型结构,实现对偶次谐波的抑制和对奇次谐波的增强,提高了三倍频器倍频效率。为减小电路封装误差,采用单片集成技术将二极管和外围电路集成在25μm厚的砷化镓衬底上实现三倍频芯片。并将芯片封装入一体设计的屏蔽腔中构成了波导-悬置微带线结构来减小电路损耗。实测结果显示,在330~400 GHz范围内,当输入功率为22 dBm时,三倍频器输出功率大于5.5 dBm,并有优于7 dBm的峰值输出功率。

LED投光灯叉翅散热器热分析及优化

为探究叉翅散热器在某100W LED舞台投光灯上的散热强化作用并进行优化设计,通过数值模拟与实验验证的方法,对影响叉翅散热器散热性能的主要几何因素及其机理进行了分析。以LED芯片最高温度和散热器质量为优化目标,对短翅长度与间距进行了单因素分析,然后通过NSGA-Ⅱ算法进行双目标优化,并进行模糊C均值聚类,得到了不同应用场景下散热器配置。结果表明:叉翅散热器可有效增强散热性能,其结构可增加翅片表面平均对流换热系数,短翅长度和间距对单位质量散热性能影响均存在最优值,短翅过长或间距过小均会使翅片表面对流换热系数下降。双目标优化后的叉翅散热器可在几乎不改变散热器质量时,降低LED芯片最高温度2.33℃。

基于CSSA-LSTM的IGBT模块退化趋势预测

针对逆变器中绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)模块失效率高且易损伤老化以及器件退化过程难以预测的问题,文中提出一种结合长短期神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)和混沌麻雀的神经网络预测模型。通过引入二维皮尔逊相关系数法获取组合退化特征,构建基于LSTM的电压退化预测模型。利用模型自适应提取退化特征内部相关性,实现对关键信息筛选,挖掘深层次退化特征。在麻雀搜索算法的可行域中引入高斯变异的正态分布随机数和Tent映射对应的混沌序列,提升预测的精度和稳定性。对模型的学习率、神经元个数、batch-size进行寻优,寻找最优值匹配网络拓扑。采用最优结构参数的LSTM对各原始数据分别预测,得到最终的退化预测值。以NANS实验中心的加速退化数据集进行算例分析,并与常规预测算法对比,验证所提算法的有效性和准确性。

基于多功能苯乙基溴化铵修饰层的喷墨打印钙钛矿量子点发光二极管

钙钛矿量子点(PQD)的喷墨打印技术在全彩显示应用中具有巨大潜力,但一些关键问题仍然影响其发光效率,例如不平衡的载流子注入、低质量的钙钛矿薄膜以及PQD自身的非辐射复合通道等。为解决这些问题,我们引入了界面修饰层苯乙基溴化铵(PEABr)以平衡器件的载流子传输。PEABr与钙钛矿二元溶剂(甲苯、萘)具有相似的结构,可改善PQD的印刷特性和成膜能力,并有效钝化PQD膜的Br-空位和界面缺陷。基于这一策略,成功实现了在414 cd/m^(2)亮度下,最大外量子效率(EQE)达到8.82%、电流效率(CE)达到29.15 cd/A的喷墨打印钙钛矿量子点发光二极管(PeLED),为喷墨打印技术在未来显示领域中的应用提供了有益的思路。

蓝宝石/石墨烯衬底上蓝光LED外延生长及光电性能

对在蓝宝石/石墨烯衬底上生长LED(Light-emitting diodes)外延的方法及其对光电性能的改善进行了探究。研究结果表明,蓝宝石/石墨烯衬底具有更低的位错密度,螺位错和刃位错比传统样品分别减少了15.3%和70.8%。拉曼测试也表明蓝宝石/石墨烯样品受到的压应力小于传统样品。元素分析结果表明,有源区量子阱生长情况较好,In和Ga元素均匀地分布在量子阱中,未发生相互扩散的情况。光电性能测试结果发现,无论是在工作电流还是饱和电流下,蓝宝石/石墨烯样品的LOP(Light output power)都大于传统样品,工作电流和饱和电流下LOP分别增加了18.4%和36.7%,并且效率下降较传统样品有所改善,相较于传统样品效率下降减少了9.9%。从变温测试结果可以得到,蓝宝石/石墨烯样品也表现出较低的热阻、结温和较小的波长偏移,其平均热阻比传统样品低了5.14℃/W。结果表明,在蓝宝石/石墨烯衬底上外延生长的样品对器件的光电性能和散热性能等都有较大的提升。

光子晶体Micro LED微显示阵列加工及光学特性分析

Micro LED器件具有高亮度、低功耗和高可靠性等优点,但Micro LED显示像素巨量转移和光提取效率低的问题为其应用带来挑战。开发了具有高转移效率和出光效率的单片64×64 Micro LED微显示阵列,提出了倒装型GaN基单片Micro LED微显示阵列芯片和Si基驱动电路的设计方法及集成工艺。通过时域有限差分(FDTD)方法对Micro LED微显示阵列光学特性进行了建模分析,设计了一种提高Micro LED微显示阵列出光效率的光提取结构。结合仿真结果,开发了一种在Micro LED蓝宝石衬底表面制备光子晶体结构的聚焦离子束(FIB)微纳加工工艺,并进行了器件加工。测试结果表明,蓝宝石衬底上加工的光子晶体结构可以提高Micro LED器件的表面出光效率,光功率平均值提升了16.36%,对Micro LED微显示阵列加工及微显示像素光提取问题具有借鉴意义。

AlGaN基深紫外LED的可靠性研究及寿命预测

围绕AlGaN基深紫外LED的外延生长、工艺制备等因素对深紫外LED可靠性的影响以及加速寿命预测等方面开展了系统的研究。探索了量子垒(Quantum Barrier,简称QB)中Al组分、电子阻挡层(Electron Barrier Layer,简称EBL)中Al组分、同尺寸芯片不同台面面积等因素对深紫外LED可靠性的影响,确定QB结构Al组分为74%,EBL结构Al组分为75%,台面面积为P68。对优化后的深紫外LED设计了热、电应力老化试验,结合阿伦纽斯模型、逆幂律模型、指数最小二乘拟合对深紫外LED的寿命进行预测。实验结果表明,随着电、热应力的增加,深紫外LED可靠性随之降低,阿伦纽斯模型预测寿命为5027 h,逆幂律模型预测寿命为5400 h,正常工作电流40 mA下,深紫外LED实际寿命为5582 h,逆幂律模型预测精度较阿伦纽斯模型提升了6.7%。本研究将为提高深紫外LED的可靠性和产品应用普及提供坚实的理论基础。

UV-LED病毒消杀灯结构设计与优化

UV-LED因其体积小、波长可调、环保等优点,被认为是理想光源可以应用于杀菌领域;但UV-LED的光电转换效率比较低,能量大部分以热量的形式存在,如果热量没有及时扩散,那么积累的热量会导致UV-LED出现可靠性降低、波长发生偏移等问题,因此针对病毒消杀灯的应用散热问题,提出一种新型有槽式UV-LED病毒消杀灯设计结构。该结构由芯片、芯片粘结层、铜基板、散热器底座和翅片组成;芯片位于铜基板四周,芯片与铜基板之间通过导热银浆连接,铜基板与散热器铝底座散热器相连,芯片为碳化硅。通过对其结构参数铜基板厚度、铝底座厚度、翅片数量、翅片厚度和翅片长度5个变量进行正交优化设计,得到优化后的UV-LED病毒消杀灯中心芯片最高结温为61.031℃,相较于优化前的结构其散热效率提高16.86%。通过分析得到影响有槽结构的散热性能程度的因素从高到低分别为:翅片数量、翅片厚度、散热器铝底座厚度、翅片长度、铜基板厚度;当翅片数量为11、翅片厚度为2.4 mm、散热器铝底座厚度为6 mm、翅片长度为30 mm、铜基板厚度为2 mm时有槽结构模型结构的散热性能最佳。该仿真结果为UV-LED在提高病毒消杀可靠性方面提供理论依据。

荧光粉配比和激发波长对高品质白光LED的影响

随着人们对照明光源品质要求的不断提高,单一的指标参数已不能完全满足对LED的评价。本文研究了荧光粉配比和激发波长对白光LED的显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效等参数的影响。研究发现,合适的荧光粉种类和配比可以降低荧光粉之间的二次吸收、减少能量损失、光线衰减以及光谱的畸变,实现白光LED品质的提升。此外,不同波长蓝光LED激发荧光粉的优势各不相同,通过组合使用,可提高白光LED的显色指数、光谱连续度,降低光谱功率分布的蓝光危害占比指数。本文采用普通商用450 nm和460 nm的蓝光LED芯片激发优化后的荧光粉,显著提高了白光LED的品质,其显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效分别为97.4、26.3%、93.6%和98.75 lm/W。本研究为高品质白光LED的制备提供了完备的参考依据,有利于推动高品质白光LED的普及。

二极管选型对能量选择表面天线罩的性能影响

能量选择表面技术主要通过周期结构加载非线性器件可自适应实现对高功率入射波的非线性响应,即“低通高阻”。以二极管选型对能量选择表面天线罩性能的影响为研究目的,首先,通过注入实验评估不同型号二极管在高功率信号输入时的功率毁伤阈值,并进行相应的毁伤测试分析,实验结果表明:当输入功率达到47dBm时,BAP65二极管内部电流过载引发热失控,导致毁伤;其次,选择4种不同型号的二极管评估它们对能量选择表面天线罩的插入损耗和屏蔽效能的影响,实验结果表明:在0.75~0.9GHz,加载MMP4401二极管的能量选择表面具有低于0.5dB的插入损耗和大于15dB的屏蔽效能。此外,双管并联的能量选择表面表现出较好的屏蔽效果,而单管则具有更低的插入损耗。

乙酸胍表面处理提高纯红光钙钛矿发光二极管性能

金属卤化物钙钛矿材料由于具有优异的光电性质可被用于制作发光二极管,近年来备受关注。钙钛矿表面和钙钛矿/传输层的界面处存在大量的缺陷,严重影响器件的性能和稳定性,而对表/界面进行有效的钝化处理是减少界面缺陷、提升器件性能的可行途径。本文报道了一种在萃取剂中添加乙酸胍的表面处理策略,可有效地减少钙钛矿层表面缺陷,改善薄膜形貌,进而将钙钛矿薄膜的荧光量子产率从64%提升到79%。基于乙酸胍表面处理的钙钛矿薄膜制备的发光二极管,最大效率可达11.66%,最大亮度达1285 cd·m^(-2),明显优于未处理的参考器件(6.69%,689 cd·m^(-2)),同时也展现出更好的稳定性。该研究提供了一种有效的钙钛矿表面处理策略,可以提高钙钛矿发光二极管的性能和稳定性。

基于膦氧化物钝化的热蒸发像素化钙钛矿发光二极管

热蒸发法是实现钙钛矿发光二极管商业化显示应用的可靠技术。然而,热蒸发沉积的钙钛矿薄膜的PLQY经常较低,并且钝化手段不如溶液法丰富。本文报道了一种通过原位共蒸技术将钝化剂引入钙钛矿层的方法,这种方法能够钝化真空沉积钙钛矿中的缺陷,增强辐射复合,并提高钙钛矿的PLQY。氧膦基团与不饱和位点形成配位络合,钝化了钙钛矿的晶界缺陷,并抑制了带尾态缺陷。基于最佳比例的钙钛矿薄膜所制备的LED器件表现出最大6.3%的EQE,最大亮度为35642 cd/m^(2)。更进一步地,基于全真空的器件制备工艺,获得了最大EQE为5.0%的312 ppi高分辨率PeLEDs。总之,本文为热蒸发PeLEDs的缺陷钝化提供了有用的指导,证明热蒸发PeLEDs在效率和亮度提升方面具有巨大潜力,并具备商业化前景。

采用STC 12单片机的LED蜡烛灯设计与实现

设计一款用上百颗LED灯模拟2D,3D蜡烛摇曳效果的LED蜡烛灯,采用STC 12单片机控制SN 3731芯片驱动LED灯的矩阵,通过修改页面寄存器的数据,可以呈现更多有趣的运用和创意效果。通过测试表明:当输入电压DC为3 V时,3D蜡烛灯总电流为0.2 A,功耗为0.6 W,本设计方案具有功耗低、产品微型化、功能丰富、衬托美丽氛围的特点。

单端注入型LED的光电特性与灰度调制技术研究

Micro-LED拥有出色的亮度、高发光效率、低能耗、高反应速度、超高解析度与色彩饱和度等优势,且具备自发光和感测能力,是一项十分理想的显示技术。传统的直流灰度调控方法不再适用于驱动单端载流子注入结构的交流型LED,本文根据单端注入型LED器件在不同频率、幅度、占空比以及交流驱动模式下的光电特性,提出一种基于人眼视觉特性的相对占空比混合式灰度调制方案。结果表明,正负方波驱动模式下的器件在相同电压和频率下表现出更强的发光亮度,并且器件随着驱动频率的增加,发光亮度逐渐提升。最后,结合人眼视觉特性,验证了发光器件在不同相对占空比、幅度、频率的混合式调制方法下实现了由2个灰度到8个灰度等级的提升,为未来新型发光器件灰度调制提供新思路。

新型流磁巨量转移用永磁偏置定位磁针

针对现有Mini/Micro LED巨量转移技术转移效率及自组装转移良率普遍较低,提出一种“永磁+电磁”磁场耦合的新型流磁巨量转移用定位磁针。为实现磁针上表面对芯片的精准抓取,设计了电磁偏置线圈,精准控制磁针上表面的磁力,利用磁路分析法建立磁针结构与磁针针尖的数学模型,获取影响磁针上表面气隙磁密的结构参数,借助有限元法对结构参数进行优化设计。优化后磁针上表面的Bmax由最初的57 mT提高至68 mT,相较初始方案增加了19.2%;峰谷变化率δ由50.8%提升至70.5%,两大指标参数均优于原方案。基于优化结果研制了一套永磁偏置定位磁针装置,并进行气隙磁密测试与芯片转移效果测试。结果表明,优化后的磁针上表面的磁密值Bmax为60 mT,峰谷变化率δ为66.6%,可在1 min内实现上千颗芯片的吸引固定,满足巨量转移精准抓取芯片的要求,可配合流体实现芯片的巨量转移过程,提升了自组装巨量转移技术的效率。

室温下高探测效率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD),该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增(SAGCM)异质结构。通过电场调节和缺陷控制,SPAD在293 K的门控模式下工作,光子探测效率(PDE)为70%,暗计数率(DCR)为14.93 kHz,后脉冲概率(APP)为0.89%。此外,在死区时间为200 ns的主动淬灭模式下工作时,室温下实现了12.49%的PDE和72.29 kHz的DCR。