влияние температуры на характеристики полупроводниковых

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
С.П.ПАНОВА, студентка 3 курса кафедры ФЭ
89131174304, [email protected]
Научный руководитель - С.В.СМИРНОВ, профессор, г.Томск, ТУСУР
Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED — light
emitting diode)— полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при
пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении
возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-nпереход. Цвет свечения (длина волны максимума спектра излучения) определяется типом
используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход.
Рисунок 1.1 – Строение светодиода
Светодиодное освещение — наиболее быстро развивающийся и перспективный вид
искусственного освещения. За последние пять лет благодаря появлению новых технологий
стоимость светодиодных световых приборов снизилась в 40 раз.
Производители светодиодов активно улучшают характеристики своих изделий. Еще
не так давно компаниям удавалось серийно выпускать диоды со световой отдачей 80–
90 лм/Вт, далее 110 лм/Вт, 130 и 140 лм/Вт, и вот в декабре прошлого года появилась
информация о начале серийного выпуска компанией CREE диодов со световой отдачей 200
(!) лм/Вт.
В наши дни активно разрабатывают методы по улучшению различных характеристик
светодиодов, рассмотрим одну из таких характеристик - температуру p-n перехода и
температуру носителей тока. Как известно температура p-n перехода, соответствующая
температуре активной области кристаллической решетки, является важным параметром
светодиодов. Данная характеристика важна по нескольким причинам. Во- первых, от
температуры p-n перехода зависит квантовый выход излучения диода. Во-вторых, работа в
режиме высоких температур значительно сокращает время жизни устройства. В- третьих,
высокая температура внутри светодиода может явиться причиной разрушения его корпуса.
Именно по перечисленным выше причинам желательно знать зависимость температуры
перехода от протекающего тока.
Имеется ряд методов для определения температуры переходов:

измерение теплового сопротивления


определение температуры по спектрам электролюминисценции
бесконтактный метод
А также некоторые другие. Стоит отметить что данные методы являются косвенными, в
них температура перехода определяется по легко изменяемым параметрам. нас привлекло
два метода измерения температуры: по смещению длины волны пика излучения и по сдвигу
прямого напряжения при изменении температуры.
Измерение температуры перехода по прямому напряжению.
Эта процедура состоит из двух этапов: калибровочного измерения прямого напряжения
на диоде Vf в импульсном режиме и измерения этого напряжения в режиме постоянного
тока.На этапе калибровочных измерений исследуемый светодиод помещается в термостат с
регулятором, поэтому температуры диода и перехода всегда известны. Температура в
термостате изменяется в заданном диапазоне значений, обычно 20-120 °С. В ходе
калибровочных измерений на диод подается импульсный ток с высокой скважностью (~
1000), что необходимо для исключения внутреннего разогрева светодиода из-за
инжекционного тока. Прямое напряжение измеряется в заданном температурном интервале
для разных значений тока. Из калибровочных измерений определяется зависимость между
прямым напряжением и температурой р-п-перехода в заданном интервале токов If.
Этап измерений проводится при комнатной температуре в режиме постоянного тока,
изменяющегося в заданном интервале значений. Прямое напряжение измеряется в моменты
стабилизации температуры. На основе полученных и калиброванных данных находят
значения температуры р-п-перехода для разных значений тока
Этот метод точнее, чем измерение температуры р-п-перехода по длине волны
максимума в спектре излучения, поскольку последнему методу свойственна некоторая
неопределенность при определении длины волны в максимуме, положение которого трудно
найти корректно для уширенных спектральных линий.
В данный момент проводиться исследование работы светодиодов при длительном
температурном воздействии, для того что бы сравнить полученные нами данные с данными
полученными в НИИПП и сделать соответствующие выводы.
Данные исследования проводятся для определения конструктивно-технологического
запаса(КТЗ).Нас также интересует, будет ли деградировать ВАХ светодиодов, так как если
деградация не будет наблюдаться, следовательно можно сделать вывод , о том, что сила
света изменяется из за иных параметров.
В НИИПП были проведены испытания на воздействие повышенной температуры.
При испытаниях на воздействие повышенной температуры были применены 4 ступени:
100 ,125 , и две по 150 .Время выдержки на каждой ступени 24 часа.
На рисунке 1.2и 1.3 приведены графики изменения силы света от ступени испытаний
красных и зеленых светодиодов соответственно.
Рис. 1.2 Результаты испытаний красных светодиодов ИПД152А9-К на воздействие
повышенной температуры.
Рис. 1.3 Результаты испытаний зеленых светодиодов ИПД152А9-Л на воздействие
повышенной температуры.
Из графика представленного на рисунке 1.2 видно, сила света красного светодиода
имеет тенденцию к снижению после 3 ступени в 125 °С. То же самое можно сказать и о
зеленых светодиодах показанных на рисунке 1.3.
Для того что бы данные были более достоверными необходимо провести измерения
многократно.
Можно с уверенностью сказать, что исследования в этой области стимулируются
повышенным интересом со стороны общества. Перспективы значительной экономии энергии
привлекают инвестиции в сферу изучения процессов, развития технологии и поиска новых
материалов.
Список литературы
1. Шуберт Ф.Е. Светодиоды/ пер.с англ. под редакцией А.Э. Юновича - 2-е изд. М.:ФИЗМАТЛИТ, 2008, - 496с.