Ứng dụng kim cương nhân tạo làm vật liệu tản nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN TIẾN ĐẠT ỨNG DỤNG KIM CƯƠNG NHÂN TẠO LÀM VẬT LIỆU TẢN NHIỆT CHO CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN TIẾN ĐẠT ỨNG DỤNG KIM CƯƠNG NHÂN TẠO LÀM VẬT LIỆU TẢN NHIỆT CHO CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nanơ (Chun ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN NGỌC MINH Hà Nội – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi − học viên Trần Tiến Đạt, chuyên ngành Vật liệu Linh kiện nanô, khoa Vật lý Kỹ thuật Công nghệ nanô, trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội hồn thành hướng dẫn PGS.TS Phan Ngọc Minh Bản luận văn không chép từ tài liệu Nếu luận văn chép từ tài liệu tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước đơn vị đào tạo pháp luật Hà Nội, ngày 14 tháng 01 năm 2010 Tác giả Trần Tiến Đạt LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Phan Ngọc Minh, người trực tiếp giao đề tài tận tình hướng dẫn em hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn toàn thể cán phòng Vật liệu Cácbon nanơ, Viện Khoa học Vật liệu cung cấp sở vật chất bảo tận tình em suốt trình làm thí nghiệm, nghiên cứu, hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới Công ty cổ phần công nghệ phần mềm bán dẫn phát sáng − NAPOTEC, TP Hồ Chí Minh hợp tác hỗ trợ nhóm nghiên cứu q trình khảo sát khả tản nhiệt linh kiện LED có sử dụng đế tản nhiệt kim cương nhân tạo Em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy giáo Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội bảo giảng dạy em suốt năm học qua việc hoàn thành luận văn Nội dung luận văn phần công việc đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu hiệu ứng chế tản nhiệt sử dụng vật liệu ống nanô cácbon, ống nanô cácbon định hướng màng kim cương nhân tạo linh kiện điện tử công suất” Mã số 103.03.47.09 Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia − NAFOSTED tài trợ Cuối cùng, xin bày tỏ tình cảm tới người thân gia đình, bạn tập thể lớp Cao học K13N động viên, hỗ trợ em mặt Em xin chân thành cảm ơn! Học viên: Trần Tiến Đạt MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đế tản nhiệt cho linh kiện LED công suất 1.1.1 Vấn đề tản nhiệt linh kiện điện tử công suất 1.1.2 Giới thiệu linh kiện LED 1.2 Vật liệu kim cương 1.2.1 Cấu trúc kim cương 1.2.2 Cấu trúc graphite 11 1.2.3 Tính chất dẫn nhiệt kim cương 12 1.3 Công nghệ chế tạo màng kim cương nhân tạo 16 1.3.1 Phương pháp áp suất cao, nhiệt độ cao 17 1.3.2 Phương pháp lắng đọng pha hóa học 17 1.4 Màng kim cương nhân tạo đế đồng 20 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 Hệ thiết bị MPCVD 27 2.1.1.Các thông số hệ thiết bị MPCVD 27 2.1.2 Quy trình vận hành thiết bị MPCVD 28 2.2 Chế tạo mẫu 29 2.2.1 Chế tạo màng kim cương đế đồng 29 2.2.2 Chế tạo đế tản nhiệt cho linh kiện LED công suất 31 2.3 Các phương pháp phân tích 33 2.3.1 Hiển vi điện tử quét 33 2.3.2 Phổ tán xạ Raman 33 2.3.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Các mẫu chế tạo theo chế độ nhiệt độ đốt đế thấp, công suất plasma cao 36 3.1.1 Hình thái học bề mặt mẫu chế tạo 36 3.1.2 Kết đo phổ tán xạ Raman 37 3.2 Các mẫu chế tạo theo chế độ nhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp 38 3.2.1 Hình thái học bề mặt mẫu chế tạo 38 3.2.2 Kết đo phổ tán xạ Raman 42 3.2.3 Kết đo giản đồ nhiễu xạ tia X 43 3.3 Đế tản nhiệt kim cương ứng dụng cho LED công suất 44 KẾT LUẬN 48 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt CVD Tiếng Anh Chemical Vapor Deposition DLC HFCVD Diamond Like Carbon Hot Filament Chemical Vapor Deposition Light Emitting Diode Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition Scanning Electron Microscopy X–ray Diffraction LED MPCVD SEM XRD Tiếng Việt Phương pháp lắng đọng pha hoá học Cácbon giả kim cương Phương pháp lắng đọng pha hóa học sử dụng sợi đốt Điốt phát quang Phương pháp lắng đọng pha hóa học sử dụng plasma cao tần Kính hiển vi điện tử quét Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sự thay đổi kỹ thuật đóng gói đèn LED phụ thuộc vào công suất vấn đề tản nhiệt đèn LED Hình 1.2 Giản đồ sơ lược cấu tạo đèn LED Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động đèn LED Hình 1.4 Đặc tuyến Von–Ampe đèn LED Hình 1.5 Ảnh hưởng nhiệt độ bước sóng ánh sáng đèn LED phát Hình 1.6 Ảnh hưởng nhiệt độ cường độ phát sáng đèn LED phát Hình 1.7 Vai trò đế tản nhiệt kỹ thuật đóng gói linh kiện Hình 1.8 Các trạng thái lai hóa khác nguyên tử cácbon a) sp1; b) sp2; c) sp3 Hình 1.9 Ảnh viên kim cương tự nhiên sau chế tác Hình 1.10 Ô đơn vị tinh thể kim cương 10 Hình 1.11 Liên kết mạng tinh thể kim cương 10 Hình 1.12 Hạt kim cương tổng hợp phương pháp CVD 11 Hình 1.13 Cấu trúc graphite 12 Hình 1.14 Sự thay đổi độ dẫn nhiệt theo tạp chất hiđro có màng kim cương nhân tạo 13 Hình 1.15 Phổ Raman màng kim cương có độ dẫn nhiệt cao (bên trái) độ dẫn nhiệt thấp (bên phải) 14 Hình 1.16 Độ dẫn nhiệt vật liệu kim cương chế tạo phương pháp MPCVD phương pháp HFCVD 14 Hình 1.17 Ảnh mơ hình mặt cắt màng kim cương nhân tạo 15 Hình 1.18 So sánh hệ số nở nhiệt tương đối kim cương vật liệu khác 16 Hình 1.19 Giản đồ pha cácbon 16 Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý phương pháp áp suất cao nhiệt độ cao 17 Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý trình CVD tạo màng kim cương 18 Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý hệ HFCVD 19 Hình 1.23 Sơ đồ nguyên lý hệ MPCVD 20 Hình 1.24 Phổ tán xạ Raman màng cácbon tổng hợp đế đồng phương pháp cấy ion nguồn plasma với điều kiện hiệu dịch nhiệt độ đế khác Hình 1.25 Ảnh SEM màng cácbon tổng hợp đế đồng chà xát bề mặt (bên trái) đế đồng lắng đọng lớp cácbon đệm (bên phải) Hình 1.26 Phổ tán xạ Raman cácbon tổng hợp đế đồng chà xát bề mặt (a) đế đồng lắng đọng lớp cácbon đệm (b) Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý đèn LED công suất sử dụng đế tản nhiệt kim cương chế tạo Hình 2.1 Ảnh hệ MPCVD Viện Khoa học Vật liệu Hình 2.2 Quy trình chế tạo màng kim cương đế đồng Hình 2.3 Quy trình chế tạo đế tản nhiệt kim cương đế đồng Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý nhiễu xạ tia X Hình 3.1 Ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương tổng hợp đế đồng Hình 3.2 Phổ tán xạ Raman màng kim cương tổng hợp đế đồng Hình 3.3 Mơ hình màng kim cương chế tạo đế đồng lớn Hình 3.4 Ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí mẫu: mặt (a) mặt (b) Hình 3.5 Ảnh SEM chụp bên cạnh màng kim cương đế đồng vị trí Hình 3.6 Ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí Hình 3.7 Ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí Hình 3.8 Ảnh SEM màng kim cương tổng hợp đế silíc phương pháp MPCVD Hình 3.9 Phổ tán xạ Raman màng kim cương đế đồng Hình 3.10 Phổ tán xạ Raman màng kim cương tổng hợp đế silíc Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng kim cương đế đồng Hình 3.12 Màng kim cương gắn kết đế đồng keo epoxy bạc dẫn nhiệt Hình 3.13 Ảnh chụp mẫu kim cương/đồng phủ lớp liên kết kim loại Au/Ti Hình 3.14 Giản đồ hệ thống tản nhiệt cho chip LED (a) ảnh chụp chip LED gắn màng kim cương (b) 22 23 23 25 27 29 32 34 36 37 39 39 39 40 41 41 42 43 44 45 45 46 Hình 3.15 Ảnh phát quang chip bán dẫn InGaN sử dụng đế tản nhiệt kim cương nguồn dòng 100 mA (a) 350 mA (b) 46 suất plasma P = 700 W mặt mẫu (tương ứng với nhiệt độ cỡ 1100 oC) khiến nhiệt độ mẫu mặt mặt có chênh lệch nhiệt độ lớn Điều dẫn đến màng kim cương đế đồng bị cong lại sốc nhiệt trình chế tạo Vì lý nêu trên, màng kim cương chế tạo theo chế độ không phẳng không đồng nên khó ứng dụng làm đế tản nhiệt Do đế tản nhiệt yêu cầu có mặt tiếp xúc tốt (có độ phẳng cao) tính chất ổn định 3.1.2 Kết đo phổ tán xạ Raman Phổ tán xạ Raman mẫu chế tạo (hình 3.2) cho thấy xuất hai vạch phổ: vạch phổ thứ vạch phổ sắc nhọn vị trí 1332 cm–1 vạch phổ thứ hai vạch phổ rộng vị trí 1555 cm–1 Vạch phổ sắc nhọn vị trí 1332 cm–1 vạch phổ đặc trưng cho cấu trúc tinh thể kim cương [6,17] Còn vạch phổ rộng vị trí 1555 cm–1 vạch phổ đặc trưng cấu trúc cácbon giả kim cương [15,19] Thơng thường vạch phổ rộng vị trí 1555 cm–1 vạch phổ rộng khác vị trí 1350 cm–1 có dạng “bờ vai” vạch phổ vị trí 1555 cm–1 [19] Trong hai vạch phổ rộng vị trí 1350 cm–1 1555 cm–1 có tên gọi vạch D G cấu trúc cácbon giả kim cương Hình 3.2 Phổ tán xạ Raman màng kim cương tổng hợp đế đồng Ở không thấy xuất vạch D (vạch phổ rộng có cường độ thấp vị trí 1350 cm–1) vạch phổ hẹp vị trí 1332 cm–1 vạch phổ 37 đặc trưng cho cấu trúc tinh thể kim cương đủ mạnh để chồng lên vạch D cấu trúc cácbon giả kim cương Ngồi ra, phổ Raman cho thấy cường độ vạch phổ vị trí 1555 cm–1 lớn cường độ vạch phổ vị trí 1332 cm–1 Điều chứng tỏ mẫu có cấu trúc giả kim cương trường hợp chiếm ưu cấu trúc tinh thể kim cương Nhìn chung, phổ tán xạ Raman chứng tỏ màng kim cương tổng hợp đế đồng màng có đồng thời cấu trúc kim cương (tướng ứng với vạch phổ 1332 cm–1) cấu trúc cácbon giả kim cương (tướng ứng với vạch phổ 1555 cm–1) Đây kết đáng ghi nhận tổng hợp màng kim cương đế đồng trình phức tạp Bởi theo kết cơng bố số nhóm nghiên cứu giới, việc tổng hợp màng kim cương đế đồng phương pháp MPCVD thu cấu trúc giả kim cương mà khơng có dấu hiệu cấu trúc tinh thể kim cương [8,15] 3.2 Các mẫu chế tạo theo chế độ nhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp Các màng kim cương tổng hợp đế đồng với điều kiện chế độ nhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp (chế độ 2): lưu lượng khí CH4 sccm, lưu lượng khí H2 100 sccm, nhiệt độ đốt đế 700 oC, áp suất buồng phản ứng p = 25 Torr công suất plasma P = 500 W 3.2.1 Hình thái học bề mặt mẫu chế tạo Khi chế tạo mẫu theo chế độ 1, màng kim cương đế đồng chịu chênh lệch nhiệt độ lớn bề mặt bề mặt nên xảy tượng màng kim cương chế tạo bị cong lại khó ứng dụng làm đế tản nhiệt Vì vậy, chúng tơi định thay đổi điều kiện công nghệ (giảm công suất plasma tăng nhiệt độ đốt đế) để thu màng kim cương đế đồng có bề mặt phẳng Màng kim cương tổng hợp đế đồng theo chế độ màng mầu xám, phẳng bám dính đế đồng Độ bám dính màng kim cương với đế đồng giải thích có chênh lệch lớn hệ số nở nhiệt đồng (51×10–6/K) kim cương (3×10–6/K) [5] nhiệt độ trình tạo màng kim cương khoảng 1000 oC Nên dẫn tới tượng tự tách lớp kim cương khỏi đế đồng hạ nhiệt độ buồng phản ứng nhiệt độ phòng Bề mặt đế đồng lớn chia thành vùng có diện tích mm × mm × mm Điều giúp thu màng kim cương có diện tích mm × mm × mm tổng hợp đế đồng Chúng 38 tiến hành khảo sát hình thái học bề mặt mẫu chế tạo vị trí hình 3.3 Vị trí MP–CVD Hình 3.3 Mơ hình màng kim cương chế tạo đế đồng lớn a) b) Hình 3.4 Ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí mẫu: mặt (a) mặt (b) 700 nm Hình 3.5 Ảnh SEM chụp bên cạnh màng kim cương đế đồng vị trí 39 Hình 3.4 ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí Kết cho thấy mẫu chế tạo màng liên tục đồng Bề mặt mẫu có độ gồ ghề định bề mặt mẫu (bề mặt tiếp xúc với đế đồng trình chế tạo) phẳng Hình 3.5 ảnh SEM chụp bên cạnh mẫu chế tạo cho thấy màng tổng hợp sau có độ dày cỡ 700 nm Như tốc độ tạo màng kim cương đế đồng 140 nm/h Hình 3.6 Ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí Hình 3.6 ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí Kết cho thấy màng kim cương chế tạo vị trí mẫu màng liên tục, đồng có chất lượng giống màng kim cương vị trí Hình 3.7 ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí Kết cho thấy màng kim cương trường hợp màng khơng liên tục mà có xu hướng tạo hạt có kích thước lớn (~ µm) tập trung thành cụm rời rạc Điều màng kim cương vị trí nằm vị trí biên đế đồng nên chịu ảnh hưởng vùng plasma nên xác suất tạo màng vị trí thấp vị trí Các kết đo SEM cho thấy màng kim cương chế tạo đế đồng vị trí màng liên tục đồng nhất, vị trí màng khơng liên tục Chính vậy, thực nghiệm chúng tơi phần sau sử dụng màng kim cương vị trí (tại phần đế đồng) 40 Hình 3.7 Ảnh SEM chụp bề mặt màng kim cương đế đồng vị trí Hình 3.8 Ảnh SEM màng kim cương tổng hợp đế silíc phương pháp MPCVD [2] 41 Các ảnh chụp SEM cho thấy màng kim cương tổng hợp đế đồng có hình thái học bề mặt tương tự màng kim cương tổng hợp đế silíc (hình 3.8) [2] Điều chứng tỏ cơng nghệ chế tạo màng kim cương phòng Vật liệu cácbon nanơ có tính chất ổn định lặp lại cao 3.2.2 Kết đo phổ tán xạ Raman Phổ tán xạ Raman mẫu chế tạo (hình 3.9) cho thấy xuất hai vạch phổ: vạch phổ thứ vạch phổ sắc nhọn vị trí 1332 cm–1 đặc trưng cho cấu trúc tinh thể kim cương vạch phổ thứ hai vạch phổ rộng vị trí 1553 cm–1 đặc trưng cấu trúc cácbon giả kim cương Như màng kim cương tổng hợp đế đồng theo chế độ màng có đồng thời cấu trúc kim cương cấu trúc cácbon giả kim cương Tuy nhiên khác với chế độ 1, phổ Raman mẫu chế tạo theo chế độ có cường độ vạch phổ vị trí 1332 cm–1 lớn cường độ vạch phổ vị trí 1553 cm–1 Điều chứng tỏ mẫu có cấu trúc tinh thể kim cương trường hợp chiếm ưu cấu trúc giả kim cương Hình 3.9 Phổ tán xạ Raman màng kim cương đế đồng Ngoài ra, phổ tán xạ Raman đo ba vị trí mẫu có tương đồng với chứng tỏ màng kim cương chế tạo có đồng Để kiểm chứng chất lượng màng kim cương tổng hợp đế đồng so với loại đế khác Chúng tiến hành phân tích phổ tán xạ Raman 42 màng kim cương tổng hợp đế đồng đế silíc với điều kiện chế tạo tương tự Kết cho thấy xuất số pha lạ cácbon phổ Raman màng kim cương đế silíc (hình 3.10) Điều giải thích trình MPCVD, số nguyên tử cácbon khuếch tán vào đế silíc tạo số hợp chất silíc cácbon ví dụ silíc cácbua SiC, Ngược lại, đồng cácbon khơng có tương thích hóa học nên điều không xảy màng kim cương đế đồng Chính vậy, phổ tán xạ Raman màng kim cương đế đồng cho thấy vạch phổ pha cácbon không xuất vạch phổ pha lạ khác Do màng kim cương tổng hợp đế đồng có phẩm chất tốt màng kim cương đế silíc Hình 3.10 Phổ tán xạ Raman màng kim cương tổng hợp đế silíc [2] 3.2.3 Kết đo giản đồ nhiễu xạ tia X Giản đồ nhiễu xạ tia X (hình 3.11) cho thấy vạch phổ hẹp 43o, 76o 92o tương ứng với nhiễu xạ mặt tinh thể (111), (220) (311) kim cương [17] Điều chứng tỏ màng kim cương chế tạo có cấu trúc đa tinh thể hướng ưu tiên Độ rộng vạch phổ hẹp XRD chứng tỏ màng chứa hạt kim cương kích thước lớn Kết phù hợp với kết chụp ảnh SEM kích thước hạt kim cương 43 Giản đồ cho thấy không tồn vạch nhiễu xạ ứng với cấu trúc graphite Điều phù hợp với phổ tán xạ Raman phổ Raman cho thấy khơng có xuất vạch 1600 cm–1 – vạch phổ đặc trưng cấu trúc graphite [6] Phổ tán xạ Raman giản đồ nhiễu xạ tia X chứng tỏ màng kim cương tổng hợp đế đồng phương pháp MPCVD có cấu trúc tinh thể kim cương Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng kim cương đế đồng Nhìn chung, kết chụp ảnh SEM cho thấy màng kim cương chế tạo theo chế độ có cấu trúc phẳng đồng màng chế tạo chế độ Đồng thời phổ Raman cho thấy màng kim cương chế tạo theo chế độ có tỷ lệ cấu trúc tinh thể kim cương chủ yếu chất lượng tính chất nhiệt màng kim cương tốt màng chế tạo chế độ Vì vậy, chúng tơi định chọn màng kim cương chế tạo theo chế độ (chế độ nhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp) để ứng dụng làm đế tản nhiệt cho đèn LED công suất 3.3 Đế tản nhiệt kim cương ứng dụng cho LED công suất Màng kim cương đế đồng tổng hợp phương pháp MPCVD có độ bám dính màng kim cương đế đồng Điều giúp dễ dàng thu màng mỏng kim cương riêng biệt có độ dẫn nhiệt cao Hình 3.12 mơ tả màng kim cương chế tạo gắn kết đế đồng keo epoxy bạc dẫn nhiệt 44 Màng kim cương Đế đồng Hình 3.12 Màng kim cương gắn kết đế đồng keo epoxy bạc dẫn nhiệt Sau mẫu kim cương/đồng phủ lớp liên kết kim loại Au/Ti phương pháp bốc bay chùm tia điện tử phòng Cơng nghệ Màng mỏng Cấu trúc nano, Viện Khoa học Vật liệu (hình 3.13) Cuối chip bán dẫn InGaN (kích thước 0.5 mm × 0.5 mm, cơng suất 0.5 W) gắn đế tản nhiệt kim cương/đồng để đo hiệu ứng tản nhiệt linh kiện Công ty Cổ phần Công nghệ Phần mềm Bán dẫn phát sáng, thành phố Hồ Chí Minh Hình 3.4 mơ tả giản đồ hệ thống tản nhiệt cho linh kiện LED (hình a) ảnh chụp chip LED gắn đế tản nhiệt kim cương (hình b) Hình 3.13 Ảnh chụp mẫu kim cương/đồng phủ lớp liên kết kim loại Au/Ti 45 a) b) LED chip Lớp Au/Ti Màng kim cương Keo epoxy bạc dẫn nhiệt Đế đồng Chip LED Hình 3.14 Giản đồ hệ thống tản nhiệt cho chip LED (a) ảnh chụp chip LED gắn màng kim cương (b) Về lý thuyết, cơng suất lối đèn LED có phụ thuộc tuyến tính vào dòng điện lối vào Tuy nhiên đèn LED hoạt động công suất lớn với kích thước nhỏ gọn lượng nhiệt tỏa đơn vị diện tích đèn LED cao Điều khiến cho công suất lối đạt trạng thái bão hòa đồng thời gây tượng suy giảm cường độ phát quang [16] Vì vậy, sử dụng đế tản nhiệt màng kim cương đế đồng cho đèn LED công suất để giải vấn đề tản nhiệt Chúng tiến hành khảo sát hiệu ứng tản nhiệt linh kiện LED với nguồn dòng 100 mA 350 mA Kết cho thấy dòng điện lối vào lớn, phát quang chip LED có cường độ cao (hình 3.15) Khi dòng điện lối vào tăng lên tới 350 mA, cường độ phát quang chip LED tiếp tục tăng tượng suy giảm cường độ phát quang xảy Kết chứng tỏ việc sử dụng màng kim cương làm đế tản nhiệt cải thiện khả tản nhiệt chip LED công suất a) b) IF = 100 mA IF = 350 mA Hình 3.15 Ảnh phát quang chip bán dẫn InGaN sử dụng đế tản nhiệt kim cương nguồn dòng 100 mA (a) 350 mA (b) 46 Trong trình thực nghiệm này, màng kim cương gắn kết với đế đồng lớp keo epoxy bạc dẫn nhiệt Keo epoxy bạc có độ bám dính tốt dễ sử dụng có độ dẫn nhiệt thấp loại vật liệu tản nhiệt thông thường Do lớp keo epoxy bạc dẫn nhiệt làm hạn chế khả tản nhiệt màng kim cương hệ thống tản nhiệt cho linh kiện LED Để giải vấn đề này, tiến hành chế tạo màng kim cương gắn đế đồng cách hàn linh kiện với mối hàn In thay cho việc sử dụng keo dẫn nhiệt để nâng cao hiệu suất tản nhiệt linh kiện LED Đây nội dung tiến hành nghiên cứu thời gian 47 KẾT LUẬN Các kết thu trình thực luận văn thể nội dung sau đây: Đã chế tạo màng kim cương đế đồng phương pháp MPCVD Kết chụp ảnh SEM cho thấy màng kim cương chế tạo màng liên tục, đồng Màng kim cương chế tạo có độ dày 700 nm Phổ tán xạ Raman cho thấy màng kim cương tổng hợp đế đồng màng có đồng thời cấu trúc kim cương (tương ứng với vạch phổ 1332 cm–1) cấu trúc cácbon giả kim cương (1553 cm–1) Ngoài phổ Raman cho thấy cường độ vạch phổ vị trí 1332 cm–1 lớn cường độ vạch phổ vị trí 1553 cm–1 Điều chứng tỏ mẫu có cấu trúc tinh thể kim cương chiếm ưu cấu trúc giả kim cương nên mẫu chế tạo có tính chất chủ yếu cấu trúc tinh thể kim cương Giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy màng kim cương chế tạo màng kim cương đa tinh thể có hướng hướng ưu tiên Đã tiến hành khảo sát phát quang chip LED InGaN sử dụng đế tản nhiệt kim cương với nguồn dòng 100 mA 350 mA Kết cho thấy cường độ phát quang chip LED tiếp tục tăng khơng có tượng suy giảm cường độ phát quang xảy nguồn dòng đạt giá trị 350 mA Điều chứng tỏ việc sử dụng màng kim cương làm đế tản nhiệt cải thiện khả tản nhiệt linh kiện LED cơng suất Nhìn chung kết hướng tới khả ứng dụng kim cương làm vật liệu tản nhiệt cho linh kiện LED công suất thực tế Hướng nghiên cứu tiếp theo: Trong thời gian tới, tiến hành chế tạo màng kim cương gắn đế đồng cách hàn linh kiện với mối hàn In thay cho việc sử dụng keo dẫn nhiệt để nâng cao hiệu suất tản nhiệt đèn LED 48 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Các báo báo cáo khoa học liên quan đến luận văn: Tran Tien Dat, Phan Ngoc Hong, Pham Van Trinh, Le Dinh Quang, Phan Ngoc Minh (2009), Microwave plasma chemical vapour deposition of diamond films on copper substrates, SPMS−2009, Da Nang, Vietnam Nguyen Van Chuc, Ngo Thi Thanh Tam, Nguyen Van Tu, Phan Ngoc Hong, Tran Tien Dat, Phan Ngoc Minh (2010), Synthesis of vertically aligned carbon nanotubes and diamond films on Cu substrates for high power electronic devices, International Journal of Nanotechnology (will be published in 2010) Các báo báo cáo khoa học khác: T Kim Anh, L.T Kieu Giang, N Vu, T.T Kim Chi, M Hoai Nam, L Quoc Minh T Tien Dat, L Dac Tuyen (2007), Luminescence and energy transfer of Y2O3 nanocolloidal containing rare earth ions, ASEAN Journal on Science and Technology for Development 24, pp.85–93 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Phạm Thanh Huyền (2005), Bài giảng Cấu kiện điện tử, Khoa Điện – Điện tử, Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội Đỗ Tuân (2008), Chế tạo nghiên cứu tính chất màng kim cương nhân tạo phương pháp MPCVD, Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy, Ngành Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội Tài liệu tiếng Anh Ali N., Ahmed W., Fan Q.H., Rego C.A (2000), Optimising diamond nucleation via combined pre−treatments, Thin Solid Films, pp 208−213 Ali N., Ahmed W., Rego C.A., Fan Q.H (2000), Chromium interlayers as a tool for enhancing diamond adhesion on copper, Diamond and Related Materials, vol 9, pp 1464−1470 Ali N., Fan Q.H., Ahmed W., Hassan I.U., Rego C.A., O' Hare I.P (1999), Role of surface pre–treatment in the CVD of diamond films on copper, Thin Solid Films, pp 162–166 Badzian A.R., Badzian T., Roy R., Messier R., and Spear K.E (1988), Crystallization of diamond crystals and films by microwave assisted CVD (Part II), Mat Res Bull., vol 23, pp 531–548 Chen Yi–Jiun, Young Tai–Fa (2009), Thermal stress and heat transfer characteristics of a Cu/diamond/Cu heat spreading device, Diamond & Related Materials, vol 18, pp 283–286 Chiu S., Turgeon S., Terreaul B., Sarkissian A (2000), Plasma deposition of amorphous carbon films on copper, Thin Solid Films, vol 3, issue 359, pp 275–282 Chung Hsiao–Kuo, Sung James C (2001), The rapid growth of thin transparent films of diamond, Materials Chemistry and Physics, vol 72, pp 130–132 10.Dimitar Georgiev Todorov, Lazar Georgiev Kapisazov (2008), LED thermal management, Electronics’, Technical University of Sofia, Bulgaria 11.Jes Asmussen, Reinhard D K (2002), Diamond films handbook, Marcel Dekker, Inc, New York, USA 12.Koji Kobashi (2005), Diamond films – Chemical vapor deposition for oriented and heteroepitaxial growth, Elsevier Ltd, Oxford , UK 50 13.Nazaré M.H., Neves A.J (2001), Properties, Growth and Applications of Diamond, The Institution of Electrical Engineers, United Kingdom 14.Neto V.F., Shokuhfar T., Oliveira M.S.A., Grácio J and Ali N (2008), Polycrystalline diamond coatings on steel substrates Int J Nanomanufacturing, Vol 2, Nos 1/2 15.Patil D.S., Ramachandran K., Venkatramani N., Pandey M., Venkateswaran S., D’Cunha R (1998), Microwave plasma chemical vapour deposition of diamond like carbon thin films, Journal of Alloys and Compounds, vol 278, pp 130–134 16.Schelling P.K., Shi L., Goodson K.E (2005), “Managing heat for electronics”, Materials Today, vol 8, issue 6, pp 30–35 17.Shumin Yang, Zhoutong He, Qintao Li, Dezhang Zhu, Jinlong Gong (2008), Diamond films with preferred texture by hot filament CVD at low pressure, Diamond & Related Materials, vol 17, pp 2075–2079 18.Subhash L Shindé, Jitendra S Goela (2006), High Thermal Conductivity Materials, Springer, New York, USA 19.Zhang S., Zeng X.T., Xie H., Hing P (2000), A phenomenological approach for the Id/Ig ratio and sp3 fraction of magnetron sputtered a–C films, Surface and Coatings Technology, vol 123, pp 256–260 51 ... ứng linh kiện đèn LED công suất ứng dụng đế tản nhiệt kim cương đế đồng CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đế tản nhiệt cho linh kiện LED công suất 1.1.1 Vấn đề tản nhiệt linh kiện điện tử công suất Hiện linh. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN TIẾN ĐẠT ỨNG DỤNG KIM CƯƠNG NHÂN TẠO LÀM VẬT LIỆU TẢN NHIỆT CHO CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nanơ (Chun ngành đào tạo thí điểm)... tản nhiệt, đặt mục tiêu chế tạo màng kim cương nhân tạo đế đồng để ứng dụng làm đế tản nhiệt cho linh kiện điện tử công suất Do tơi chọn hướng nghiên cứu với nội dung: Ứng dụng kim cương nhân tạo