6. Tiến độ thực hiện
2.4.5.Cơ quan chức năng về đo lường quang học
1. Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quân đội Nhân dân Việt Nam. 2. Chi cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng tỉnh Quảng Bình.
3. Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng tỉnh Quảng Nam
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 23 2.5.1. Phòng thí nghiệm công nghệ bán dẫn, Trung tâm nghiên cứu triển khai, Khu Công Nghệ Cao Thành phố Hồ Chí Minh.
Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao (R&D-SHTP) hoạt động dưới hình thức mở. Có thể hợp tác với tất cả các tổ chức và nhà nghiên cứu thuộc chính phủ, trường đại học, viện nghiên cứu và các công ty tại Việt Nam cũng như các quốc gia khác trên thế giới.
Phòng Thí Nghiệm Bán Dẫn tại Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao có các thiết bị như:
- Quang khắc (máy đồng chỉnh mặt nạ wafer (Mask Aligner), máy tráng quay chất cảm quang (Resist Spinner), Wafer Track, Máy khắc ion phản ứng sâu (DRIE). - Các thiết bị tạo màng: hệ thống phún xạ (Sputtering), hệ thống bốc bay bằng chùm điện tử (E-Beam Evaporator), hệ thống lắng đọng hóa học pha hơi sử dụng vật liệu cơ kim (MOCVD), hệ thống lắng đọng hóa học pha hơi sử dụng Plasma tăng cường (PECVD (SiOx, Si3N4), lò khuếch tán.
- Wet Benches (rửa wafer, ăn mòn kim loại).
- Máy cắt rời Die (Die cutter), máy hàn dây (wire bonder), máy nung đế phẳng (hot plates), lò nung (ovens), …
- Các thiết bị đo lường màng mỏng (máy đo biên dạng (Profilometer), phát huỳnh quang (PL), nhiễu xạ tia X (XRD)).
- Các thiết đị đo lường đặc tính điện (máy đo Hall (Hall Measurement), đặc trưng I-V (Probe Station), đo điện trở bề mặt (Four-Point Probe)).
- Phần mềm mô phỏng (TCAD), phần mềm mô hình hóa phân tử. Các thiết bị chuyên đo lường:
- Nhiễu xạ tia X (XRD).
- Kính hiển vi quét điện tử (SEM).
- Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM), kính hiển vi quét xuyên hầm (STM). - Máy cộng hưởng từ hạt nhân (Photon NMR).
- Máy quang phổ hồng ngoại dùng thuật toán biến đổi Fourier (FTIR). Hướng nghiên cứu:
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 24
- Đèn LED phát tia tử ngoại dùng để khử trùng trong các tủ lạnh, thiết bị y tế, lọc nước.
- Thiết kế, chế tạo Bio-chip theo nguyên lý hệ vi cân tinh thể thạch anh (QCM), dùng làm bio-sensor phát hiện các tác nhân sinh học như vi khuẩn, virus, DNA, ... tác nhân hóa chất, …
Các dự án đang thực hiện:
- Chíp cảm biến sinh học (Bio-chip) hợp tác với IC-DREC, ĐHQG TP.HCM - Chip cảm biến áp suất (Pressure sensor) hợp tác với IC-DREC, ĐHQG TP.HCM - Nghiên cứu, chế tạo chip Laser phát tia UV, hợp tác với Khoa Điện tử-Viễn thông – ĐH Khoa học Tự nhiên TP.HCM.
- Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm Polymer nano composite.
2.5.2. Bộ môn Vật lý ứng dụng, Khoa Vật lý - Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học hoc học tự nhiên. hoc học tự nhiên.
Tổng quan:
Hiện nay, bộ môn phụ trách giảng dạy chương trình đại học và sau đại học: 2 chương trình cao học (ngành Quang - Quang Phổ và ngành Vật Lý Điện Tử và Viễn Thông) và 1 chương trình NCS: Quang - Quang Phổ.
Đào tạo:
Hiện tại, bộ môn là nơi đào tạo đại học và sau đại học (gồm cao học và tiến sĩ) chuyên ngành, nghiên cứu và ứng dụng khoa học công nghệ chất lượng cao trong các lãnh vực Quang - Quang phổ, laser, vật lý màng mỏng và công nghệ nano.
Nghiên cứu:
Màng mỏng nano: Chế tạo và nghiên cứu tính chất của các loại màng có nhiều ứng dụng trong thực tế như màng TiO2, TiN, WO3, ZnO, SnO2… để chế tạo LED cực tím, màng quang xúc tác để diệt khuẩn, cũng như các loại màng cơ học để tăng độ bền cho các công cụ cơ khí, màng quang học, màng nhạy khí, v.v…
Công nghệ nano: Chế tạo chấm lượng tử CdS, CdSe, các cảm biến nano sinh học để ứng dụng trong y học, v.v….
Quang phi tuyến : Chế tạo tinh thể KDP hiệu suất quang phi tuyến cao bằng phương pháp pha tạp, sử dụng phương pháp Zcan để nghiên cứu các tính chất quang phi
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 25 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tuyến bậc III trong chất hữu cơ, sử dụng tương tác giữa laser và chất hữu cơ cho các ứng dụng trong khoa học pháp y, tìm kiếm các loại vật liệu hữu cơ có độ cảm phi tuyến lớn, cũng như các hiệu ứng quang phi tuyến bậc III có nhiều ứng dụng trong y sinh, v.v…
2.5.3. Phòng thí nghiệm vật liệu cao, Trường Đại học khoa học tự nhiên.
Phòng thí nghiệm vật liệu kỹ thuật cao thực hiện việc nghiên cứu và phối hợp đào tạo trong lĩnh vực chế tạo các loại vật liệu dưới dạng màng mỏng (từ vài nanomet đến hàng trăm micromet) trên bề mặt các vật liệu khối thông thường, để đạt được một số tính năng kỹ thuật cao. Phạm vi ứng dụng của vật liệu màng mỏng là rất rộng, từ màng chống mài mòn, chống ăn mòn hóa học trong các thiết bị cắt gọt, màng chống bức xạ hồng ngoại, tử ngoại, chống nhiễu điện từ đến các màng quang học, pin mặt trời, thiết bị quang điện tử, FPDs, mạch điện tử, công nghệ tích hợp IC…. Có thể nói công nghệ màng xâm nhập vào nhiều những lĩnh vực kỹ thuật mà ở đó yêu cầu về tính năng cao với kích thước siêu nhỏ của vật liệu được đặt ra. Sản phẩm để phục vụ cho quá trình nghiên cứu và học tập cho PTN. Vật Liệu Kĩ Thuật Cao và một số phòng thí nghiệm lân cận như là : PTN. Quang phổ ứng dụng, PTN. Vật Lý màng mỏng,… Các sản phẩm chủ yếu của chúng tôi là các loại bia gốm phún xạ, chẳng hạn như các loại bia gốm ZnO pha tạp với một số kim loại (Ga, In, SnO2, Sb2O3, Mg, Al, Cu,….). Ngoài ra chúng tôi còn chế tạo được cái loại điện cực trong suốt, ví dụ như : ITO, GZO, AZO,…
2.5.4. Các nội dung thực hiện tại các phòng thí nghiệm cho đề tài
Đo điện trở của các LED – Khoa điện tử viển thông trường Đại học hoa khọc tự nhiên.
Quan sát điện cực của LED – Trung tâm nghiên cứu trển khai, khu công nghệ cao. Đo bước sóng phát xạ của LED – Khoa vật lý ứng dụng trường Đại học hoa khọc tự nhiên.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 26 2.5.4.1. Quan sát hình dạng điện cực.
Thực hiện quan sát hình dạng bề mặt điện cực của LED Die bằng kính hiển vi kết nối máy tính Olympus MX-51 đặt tại Phòng sạch-Trung tâm nghiên cứu và triển khai – khu công nghệ cao.
Là kính hiển vi dùng cho khâu kiểm tra trong công nghiệp với hiệu quả chi phí đầu tư thấp nhưng tối ưu hóa cho yêu cầu kiểm tra các linh kiện điện tử, wafer và các linh kiện bán dẫn khác.Các hệ thống điều khiển của kính hiển vi được đặt ở phía trước nên việc thao tác dễ dàng cho người vận hành. Thiết kế với đĩa xoay đế đặt mẫu có đường kính lên tới 150mm ,người vận hành có thể nhanh chóng điều chỉnh vị trí vật mẫu để thu được hình ảnh cần quan sát. Tích hợp hàng loạt thấu kính với độ phóng đại khác nhau trên một cơ cấu cơ khí xoay.Tích hợp phần mềm quan sát hình ảnh thu được trên máy tính và phần mềm đo đạc kích thước trực tiếp lên hình ảnh.
Hình 2.9. Kính hiển vi kết nối máy tính Olympus MX-51 đặt tại Phòng sạch-Trung tâm nghiên cứu và triển khai – khu công nghệ cao
Các LED đã đóng gói cũng được khảo sát bề mặt được dùng để khảo sát là loại LED Epistar 3W, với các LED này ta có thể được lấy ra dễ dàng tiện cho việc quan sát điện cực. Với các LED 5mm không tiến hành khảo sát bề mặt điện cực vì lớp nắp chụp bằng nhựa bên trên LED Die rất chắc chắn, dính liền vào Die, khi tách bỏ lớp nhựa này thì Die cũng bị biến dạng.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 27
Hình 2.10. Cấu tạo LED Epistar 3W
Trên hình 2.18. cho thấy cấu tạo của LED Epistar 3W, bao phủ phía trên LED Die là lớp nắp chụp và bên dưới là lớp phosphor .Muốn quan sát rõ bề mặt điện cực của LED Die thì ta phải tiến hành tháo phần nắp chụp, và tách lớp phosphor ra để lộ bề mặt Die.
2.5.4.2. Khảo sát đặc tuyến IV của LED Epistar 3W.
Tiến hành đo đặc tuyến IV của các LED trên hệ đo Semiconductor Characterization System - Model 4200-SCS của hãng Keithley Instruments. Model 4200-SCS là một giải pháp hệ thống cho việc đo đặc tuyến của các linh kiện, vật liệu, chất bán dẫn.Phân tích các thông số một cách tiên tiến, hiển thị trực quan bằng cách kết hợp một hệ đo có độ nhạy cao và phần mềm nhúng lên nền Windows. Hệ thống có nền tảng là phần mềm Keithey Interactive Test Enviroment.Để có được hình ảnh hoàn chỉnh về đặc tuyến của linh kiện, bán dẫn, vật liệu,máy thực hiện được cả 3 loại phép đo sau:
Phép đo đặc tuyến I-V (cường độ dòng-điện áp). Phép đo đặc tuyến C-V (điện dung –điện áp). Thử nghiệm áp xung cho mẫu đo.
Dữ liệu thu được từ các phép đo được lưu lại dưới dạng bảng tính Excel, thuận tiện cho việc xử lý trong báo cáo bằng các phần mềm như Igor Pro.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 28
Hình 2.11. Hệ đo 4200-SCS tại phòng thí nghiệm Trung Tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu Công nghệ cao Tp.HCM).
Kết quả đo LED Epistar 3W
Đầu tiên khảo sát đặc tuyến của các LED thuộc nhóm Epistar 3W.
Hình 2.12. Đặc tuyến I-V của LED WHITE COOL 1
Là hình ảnh đặc tuyến I-V của LED WHITE 1 thu được trên máy đo 4200-SCS, để thuận lợi cho việc so sánh các đặc tuyến của LED Epistar 3W, các đặc tuyến của
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 29
nhóm LED này được vẽ trên cùng một đồ thị. Từ các file dữ liệu thu được, sử dụng phần mêm Igor Pro vẽ các đặc tuyến I-V .
Hình 2.13. Dạng đặc tuyến I-V của các LED Epistar 3W
Khảo sát đặc tuyến I-V theo nhiệt độ.
Để khảo sát đặc tuyến I-V theo nhiệt độ, tôi tiến hành trên LED Die do thầy hướng dẫn cung cấp, có kích thước 1x1 mm (LED màu xanh). Một mạch thay đổi nhiệt độ sử dụng biến trở và IC 7805 , mặt trên của IC 7805 làm đế để đặt LED Die , vặn biến trở sẽ làm thay đổi dòng vào IC7805. Lúc này IC7805 nóng lên từ đó làm thay đổi nhiệt độ LED Die. Cùng với sinh viên Đinh Hoàng Việt Minh. Đo dạng đặc tuyến của LED Die tại nhiệt độ phòng, sau đó cấp nguồn vào mạch, chỉnh biến trở cho IC7805 nóng lên dẫn đến LED Die cũng bị nung nóng. Đo đặc tuyến tại thời điểm này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 30
Hình 2.14. Đặc tuyến thu được của LED Die tại nhiệt độ To và T1
2.5.4.2. Khảo sát bước sóng phát xạ của LED Epistar 3W.
Để tiến hành đo bước sóng phát xạ của các LED trong vùng bước sóng khả kiến, phép đo được đo tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Vật Lý Ứng Dụng trường đại học khoa học tự nhiên. Sử dụng hệ đo Synapse CCD.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 31
Hình 2.16. Hệ thống Synapse CCD và buồng tối tại Phòng Thí Nghiệm Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng trường đại học khoa học tự nhiên.
Mô tả: Hệ thống được bố trí trong buồng tối với mục đích ngăn không cho ánh sáng bên ngoài lọt vào ảnh hưởng đến phép đo quang. Cấu hình của hệ thống gồm cảm biến CCD gắn với quang phổ kế IHR 320, dữ liệu đầu ra được kết nối với máy tính qua cổng USB. Khi chiếu ánh sáng đơn sắc vào giữa 2 khe hẹp của quang phổ kế, ánh sáng đi vào được dẫn tới một thấu kính hội tụ trong quang phổ kế, quang phổ kế sẽ đo được cường độ sáng của nguồn sáng đơn sắc này. Một cảm biến CCD có chức năng đo bước sóng của ánh sáng đơn sắc. Từ hai dữ liệu thu được truyền vào máy tính để vẽ được đồ thị bước sóng với 2 trục X và Y. Trong đó trục X biểu thị bước sóng, trục Y biểu thị cường độ nguồn sáng.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 32
Hình 2.17. Sơ đồ kết nối Camera CCD với máy tính
Sai số và xử lý dữ liệu
Sai số của mỗi phép đo là ± 0,1%. Các dữ liệu thu được tự động được phần mềm mô phỏng lại bằng đồ thị bước sóng.Đồ thị thu được gồm 2 trục: trục Y cường độ của nguồn sáng và trục X là trục bước sóng .
Kết quả đo thực tế LED loại Epistar 3W
Thực hiện khảo sát bước sóng với đối với các LED Epistar 3W trong buồng tối, cách ly hoàn toàn với các nguồn sáng bên ngoài để tránh tạo nhiễu.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 33
Nhận xét: Bước sóng của LED RED 1 đo được là 643nm, dạng đồ thị bước sóng có các gợn răng cưa rất bé, cường độ bức xạ ánh sáng của LED này tương đối ổn định.
Hình 2.19. Bước sóng của LED WHITE COOL 1.
Nhận xét: Đồ thị bước sóng của LED WHITE COOL 1 có 2 đỉnh phổ, đỉnh thứ nhất ở 442nm, đỉnh thứ hai ở 560nm. Ánh sáng trắng do đèn LED này tạo ra là ánh sáng hợp bởi 2 màu tím với cực đại tại 442 nm kết hợp với ánh sáng xanh lá cây bước sóng 560nm. Nhiễu răng cưa xuất hiện mạnh tại vùng bước sóng từ 500nm trở đi, với điều kiện cách ly buồng tối, nhiễu này xuất hiện do sự bức xạ với cường độ không ổn định của LED.
Hình 2.20. Bước sóng của LED WHITE WARM 1
Nhận xét: Đồ thị bước sóng LED WHITE WARM 1 xuất hiện các đường răng cưa lớn do LED bức xạ ánh sáng với cuờng độ không đồng đều, chất lượng phát xạ của LED này không tốt.Đồ thị có 2 đỉnh bước sóng: đỉnh chính có bước
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 34
sóng 582nm (đỉnh này là đỉnh chỉnh vì bước sóng của nó nằm trong dải bước sóng vàng 570 nm < λ < 590 nm), đỉnh phụ có bước sóng 446nm.
Hình 2.21. Bước sóng của BLUE 1.
Nhận xét: Bước sóng của LED BLUE đo được là 451nm, đồ thị có đường răng cưa rất bé, cường độ bức xạ ánh sáng của LED này tương đối ổn định.
Hình 2.22. Bước sóng của GREEN 1.
Nhận xét: Bước sóng đo được của LED GREEN 1 là 526 nm, đồ thị không có đường răng cưa, chất lượng phát xạ của LED này rất tốt.
Bảng 2.4. Kết quả đo bước sóng phát xạ của LED
Ký hiệu LED Bước sóng nhà sản xuất đưa ra (nm) Bước sóng thực tế đo được+sai số (nm) LED RED 1 630 643 ±6 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 35
LED YELLOW 1 585 582±6
LED BLUE 1 460 451±4
LED GREEN 1 525 526±5
Nhận xét và đánh giá
Kết quả đo đặc tuyến của các LED Epistar 3W được vẽ lại trên hình 2.12. Từ hình trên: LED RED và WHITE WARM có đồ thị nằm cạnh nhau, cách xa hơn là đồ thị của các LED WHITE COOL, GREEN, BLUE; có sự phân bố như trên là do các LED màu sắc khác nhau thì cấu trúc vật liệu bán dẫn tạo nên cũng khác nhau, dẫn đến mức năng lượng Band gap của các vật liệu đó khác nhau.
Dựa vào bảng 2.1 và 2.2 ở Chương 2, màu sắc ứng với các mức năng lượng Bandgap và điện áp dẫn . Sắp xếp theo mức điện áp dẫn thì ta có được thứ tự sau:
Vdẫn đỏ<Vdẫn trắng ấm<V dẫn trắng lạnh<V dẫn xanh dương<V dẫn xanh lá cây.
Dạng đặc tuyến I-V của nhóm LED Epistar 3W này có thể xem như không lý tưởng so với đặc tuyến lý thuyết hình 5.1. Ở đặc tuyến lý thuyết, đặc tuyến dạng đi lên gần như thẳng đứng, còn ở hình 5.4 đặc tuyến đi lên dạng thoải, từ hình dạng này ta có thể kết luận điện trở R của nhóm LED Epistar 3W là đáng kể nên ảnh hưởng tới dạng đặc tuyến của nó .Chứng tỏ có công suất hao phí do nhiệt năng gây ra (P = RI2). Liên hệ với thực tế hoạt động của các LED này tỏa ra rất nhiều nhiệt năng, khi sử dụng phải hàn dưới LED đế tản nhiệt bằng nhôm. Dự đoán khi hoạt động trong thời gian dài với nhiệt độ tỏa ra cao thì độ bền của LED sẽ giảm.