Bảng 3.1. tổng kết kích thước led khảo sát
Loại LED Ký hiệu Kích thước chip Mô tả hình dạng
Kích thước chi tiết
Led siêu sáng USA1 U1 0.25mmx0.25mm .Điện cực âm hình chữ U . Điện cực dương hình tròn Led siêu sáng USA2 U2 0.5mmx0.5mm Hình chữ U Uvled 1 UV1 Chữ U
Uvled 2 UV2 Kẹp giấy
led VN1 VN1 0.7 mm x 0.7 mm chữ U và chữ W 100 m và 15 m
led VN2 VN2 0.7 mm x 0.7 mm chữ W và chữ U 100 m và 15 m
led VN3 VN3 0.6 mm x 0.8 mm Kẹp giấy 100 m và 10 m.
Nhận xét
Từ các hình ảnh điện cực của các LED Die Epistar 3W thu được ta có thể nhận thấy hầu hết các LED có bước sóng phát xạ khác nhau thì hình dạng điện cực và kích thước LED Die khác nhau. Đường kính điện cực âm và dương đa phần bằng nhau và nằm ở khoảng 90-100µm . Bề rộng các nhánh nối ở khoảng 8-14µm. Kết quả thu được này cho thấy trong việc thiết kế mặt nạ của LED để chế tạo điện cực có một công thức tính chung cho đường kính điện cực dương và âm, bề rộng các nhánh nối. Đối với các LED công suất thì số lượng điện cực âm và dương thường từ 4 trở lên, điều này là do khi LED công suất hoạt động tỏa nhiều nhiệt năng, cần phải thiết kế sao cho giảm điện trở trong của LED Die để giảm nhiệt lượng tỏa ra. Muốn thực hiện điều này thì phải tăng số lượng điện cực để hàn dây vàng, đồng thời tăng diện tích các nhánh nối để chịu đựng được dòng lớn qua điện cực.
Đề xuất qui trình đo
Để thực hiện việc đo kiểm cấu trúc hình dạng của một số điện cực, tôi tiến hành trên các mẫu LED đã đóng gói và các mẫu LED chưa đóng gói thực hiện chụp hình dạng điện cực trên MicroScope. Trước hết ta muốn đo được hình dạng điện cực của LED thì phải dùng LED Die (chưa đóng gói), với các LED đã đóng gói thì phải tháo bỏ phần nắp chụp bằng nhựa ra để lộ phần LED Die thì hình ảnh thu được mới rõ.
Các bước thực hiện như sau:
Hình 3.12. Quy trình quan sát bề mặt điện cực của LED trên kính hiển vi kết nối máy tính
3.3. Đo điện trở bề mặt: 3.3.1. Mô tả cách đo 3.3.1. Mô tả cách đo
Dùng VOM cơ, chuyển sang đo điển trở, cắm đúng cực của LED sẽ cho giá trị điện trở của các LED. Và cho biết LED có hoạt động hay không. Thực hiện với 2 loại VOM là YX_960TX và YX_360TFF
Chương IV: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TUYẾN IV CỦA LED 4.1. Lý thuyết đặc tuyến IV 4.1. Lý thuyết đặc tuyến IV
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.
Hình 4.1. Hệ đo 4200-SCS tại phòng thí nghiệm Trung Tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu Công nghệ cao Tp.HCM).
4.2. Một số kết quả mô phỏng cấu trúc UVLED
Hình 4.2. Kết quả đo đặc tuyến IV của chip LED 525nm (siêu sáng) tại SHTP labs. Đặc tuyến gần như không đổi với 4 loại LED siêu sáng
Hình 4.3. Kết quả đo đặc tuyến IV của LED màu xanh tại SHTP labs. Đặc tuyến gần như không đổi với 3 loại LED này ngoại trừ điện thế hoạt động Vth tăng nhẹ.
4.3. Qui trình đo
Khi LED được áp điện thế thấp ,dòng điện đi qua chủ yếu là dòng do bức xạ không tái hợp và một phần tái hợp ở bề mặt.Khi điện thế tăng ,dòng chủ yếu là dòng bức xạ khuếch tán .
B
eV K T F o
I I (e 1) (4.1)
Với dòng áp ngược VR dòng điện ngược tương ứng là: p n n p F o p n D p D n I I eA L L (4.2)
Trong đó np và pn là mật độ electron và lỗ trống trong vùng p và vùng n; A là diện tích mặt cắt ngang lớp p-n ; Lp , Ln là độ dài khuếch tán và hệ số khuếch tán của electron và lỗ trống.
Hình 4.4. Đặc tuyến Volt –Ampe của chuyển tiếp p-n khi phân cực thuận.
Hiệu suất lượng tử nội, hiệu suất lượng tử phát ra, hiệu suất lượng tử ngoài và hiệu suất năng lượng:
Hiệu suất lượng tử nội được định nghĩa như sau:
(4.3)
Ở đây Pint là công suất ánh sáng phát xạ từ miền hoạt động và I là cường độ dòng phun .
(4.4)
Hiệu suất lượng tử phát ra của ánh sáng được định nghĩa là: Ở đây P là công suất quang học phát vào không gian.
Hiệu suất lượng tử ngoài được định nghĩa là:
(4.5)
Hiệu suất năng lượng được định nghĩa bởi:
𝐧 = 𝐏
Ở đây IV là công suất điện cấp cho LED. Hiệu suất năng lượng cũng được gọi là “hiệu suất wallplug”.
4.4. Kết quả đo đặc tuyến IV
Đầu tiên khảo sát đặc tuyến của các LED thuộc nhóm Epistar 3W.
Hình 2.26. Đặc tuyến I-V của LED WHITE COOL 1
Hình 2.11 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 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 4.5. Dạng đặc tuyến I-V của các LED Epistar 3W
4.5. 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 1xmm (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.
Hình 4.6. Đặc tuyến thu được của LED Die tại nhiệt độ To và T1
4.6. Đánh giá và tiêu chuẩn IV cho LED
1. Thực hiện đúng các thao tác đo và xác định đúng điện cực để phân cực.
2. Các LED đã đóng gói thường có dòng I dao động từ 80 mA đến 450 mA (UVLED) do điện trở điện cực, các lớp phủ, dây dẫn,... Điện trở điện cực tăng làm giảm dòng I. Do hạn chế của máy đo nên ta không thấy hết được Imax của đặc tuyến. 3. Cấu trúc kim loại hữu cơ của hợp chất In/AlGAN tạo cấu trúc đa giếng lượng tử và tăng hiệu suất phát quang.
4. Đối với cùng loại LED thì đường đặc tuyến IV không thay đổi nhiều mà chủ yếu là dịch Vth
Chương V. KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ BƯỚC SÓNG PHÁT XẠ CỦA LED 5.1. Mô tả hệ đo bước sóng phát xạ
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.
Hình 5.1. Cảm biến Synapse CCD và quang phổ kế IHR 320
Hình 5.2. 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.
Hình 5.3. Sơ đồ kết nối Camera CCD với máy tính
5.2. Kết quả đo bước sóng phát xạ LED loại Epistar 3W 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.
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.