Vật liệu và linh kiện bán dẫn LED

Nội dung:  LED gì?  Lịch Sử  Cấu tạo  Nguyên lý hoạt động  Công nghệ chế tạo  Ưu – Nhược điểm 04/05/19  Ứng dụng LED gì?  LED (Light Emitting Diode- Điốt phát quang) diode có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại  Cũng giống diode, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n Lịch sử phát triển công nghệ chiếu sáng Đèn LED Phát sáng phóng điện qua chất rắn Phát sáng phóng điện chất khí 1995 E Đèn huỳnh quang Hg+Neon Đèn sợi đốt 1879 E Vonfram UV L Cuối kỷ XVIII Tìm lửa L 1938 E Phát sáng nung nóng N-P Tạo ánh sáng từ đốt cháy vật chất 04/05/19 L Cấu tạo LED:  Chip LED  Bộ nguồn  Mạch in tỏa nhiệt  Vỏ 04/05/19 Chip LED  Bản chất LED diode, chứa chíp bán dẫn có pha tạp chất để tạo tiếp giáp P-N:  Kênh P chứa lỗ trống  Kênh N chứa điện tử  LED phân thành ba loại theo dải cơng suất:  Cỡ nhỏ  Cỡ trung bình  Cỡ lớn 04/05/19  Đèn LED cỡ nhỏ: tiêu thụ dòng điện từ mA đến 20 mA điện áp đặt chíp từ 1.5V đến 3V, sử dụng hiển thị trạng thái máy, chiếu sáng cục  Đèn LED cỡ trung: tiêu thụ dòng điện cỡ 100 mA Loại đèn LED thường sử dụng làm biển báo, đèn chiếu hậu ô-tô, đèn chiếu sáng khẩn cấp  LED công suất lớn hay HPLED: tiêu thụ dòng điện vài trăm mA đến vài Ampe, Hiệu suất HPLED cao lên tới 105 lm/W Ứng dụng HPLED để thay loại đèn chiếu sáng nhà, trời 04/05/19 Bộ nguồn cung cấp  Điện áp nuôi LED điện áp chiều: Giá trị phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn có độ ổn định cao  Để sử dụng điện lưới 110, 220V, bắt buộc phải hạ áp chuyển đổi sang chiều  Với đèn LED công suất nhỏ nguồn áp kết với điện trở hạn dòng cho LED  Với LED cơng suất trung bình lớn cần tạo nguồn dòng cho LED 04/05/19 Mạch in tỏa nhiệt  Mạch in đèn: + Chất lượng mạch in: chất lượng mạch in mối hàn khơng tốt dễ gây oxi-hóa đứt mạch in, không tiếp xúc làm cho đèn phát sáng sau thời gian sử dụng + Người ta sử dụng mạch in thường, nhôm, gốm cho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED cơng suất trung bình lớn 04/05/19 Mạch in tỏa nhiệt  Bộ phận tản nhiệt: + Phần tản nhiệt cho đèn LED thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, + Bộ phận đặc biệt quan trọng thiết kế đèn LED công suất lớn, phận tản nhiệt có kết cấu khơng phù hợp phần tử LED nhanh bị già, hiệu suất phát sáng giảm đáng kể 04/05/19 Vỏ đèn  Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định bền, vỏ đèn chế tạo để có độ chống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả tỏa nhiệt nhanh chóng 04/05/19 E Electron (vùng dẫn) Năng lượng phát xạ: hc/λ = Ec-Ev = Eg Hole (vùng hóa trị) 04/05/19  Tùy theo mức lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác (tức màu sắc LED khác nhau)  Mức lượng (màu sắc LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc lượng nguyên tử chất bán dẫn  LED thường có điện phân cực thuận cao điốt thông thường, khoảng 1,5 đến 3V  Nhưng điện phân cực nghịch LED khơng cao Do LED dễ bị hư hỏng điện ngược gây 04/05/19 Màu sắc: LED phát ánh sáng nhìn thấy với bước sóng λ= 390- 770nm, ứng với Eg= 3.18eV- 1.61eV : Violet Màu sắc LED phát ~ 3.17eV Blue ~ 2.73eV Green ~ 2.52eV Yellow ~ 2.15eV Orange ~ 2.08eV Red ~ 1.62eV Mức lượng Eg 04/05/19 Al N AlN, AlP,AlAs Ga P GaN, GaP, GaAs In As InN, InP, InAs GaAs GaP GaAsP GaAl GaAsAl Màu sắc Bước sóng Eg (eV) Vật liệu Violet 400