Nhìn chung, các kết quả chụp ảnh SEM cho thấy màng kim cương chế tạo
theo chế độ 2 có cấu trúc bằng phẳng và đồng đều hơn các màng chế tạo ở chế độ 1. Đồng thời phổ Raman cho thấy các màng kim cương chế tạo theo chế độ 2
có tỷ lệ cấu trúc tinh thể kim cương là chủ yếu do đó chất lượng và tính chất
nhiệt của màng kim cương này sẽ tốt hơn các màng chế tạo ở chế độ 1. Vì vậy,
chúng tôi quyết định chọn các màng kim cương chế tạo theo chế độ 2 (chế độ
nhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp) để ứng dụng làm đế tản nhiệt cho đèn LEDcông suất.
3.3 Đế tản nhiệt kim cương ứng dụng cho LEDcông suất
Màng kim cương trên đế đồng tổng hợp bằng phương pháp MPCVD có độ
bám dính kém giữa màng kim cương và đế đồng. Điều này giúp chúng tôi dễ
dàng thu được một màng mỏng kim cương riêng biệt có độ dẫn nhiệt cao.
Hình 3.12 mô tả màng kim cương chế tạo được gắn kết trên đế đồng bằng keo
Hình 3.12. Màng kim cương được gắn kết trên đế đồng
bằng keo epoxy bạc dẫn nhiệt
Sau đó mẫu kim cương/đồng được phủ một lớp liên kết kim loại Au/Ti bằng phương pháp bốc bay chùm tia điện tử tại phòng Công nghệ Màng mỏng
Cấu trúc nano, Viện Khoa học Vật liệu (hình 3.13). Cuối cùng chip bán dẫn
InGaN (kích thước 0.5 mm × 0.5 mm, công suất 0.5 W) được gắn trên đế tản
nhiệt kim cương/đồng để đo hiệu ứng tản nhiệt của linh kiện tại Công ty Cổ
phần Công nghệ Phần mềm Bán dẫn phát sáng, thành phố Hồ Chí Minh. Hình 3.4 mô tả giản đồ của hệ thống tản nhiệt cholinh kiện LED (hình a) và ảnh chụp chip LED được gắn trênđếtản nhiệt kim cương (hình b).
Hình 3.13.Ảnh chụp mẫu kim cương/đồng được phủ
một lớp liên kết kim loại Au/Ti
Đế đồng
a)
Hình 3.14. Giản đồ của hệ thống tản nhiệt cho chip LED (a) vàảnh chụp chip LED được gắn trên màng kim cương (b)
Về lý thuyết, công suất lối ra của đèn LED có sự phụ thuộc tuyến tính vào dòng điện lối vào. Tuy nhiên khi đèn LED hoạt động ở công suất lớn với kích thước nhỏ gọn của nó thì lượng nhiệt tỏa ra trên một đơn vị diện tích của đèn LED là rất cao. Điều này khiến cho công suất lối ra đạt trạng thái bão hòa đồng
thời gây ra hiện tượng suy giảm cường độ phát quang [16]. Vì vậy, chúng tôi đã sử dụng đế tản nhiệt màng kim cương trên đế đồng cho đèn LED công suất để
giải quyết vấn đề tản nhiệt này.
Chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu ứng tản nhiệt của linh kiện LED với
nguồn dòng lần lượt là 100 mA và 350 mA. Kết quả cho thấy khi dòng điện lối
vào càng lớn, sự phát quang của chip LED có cường độ càng cao (hình 3.15). Khi dòngđiện lối vào tăng lên tới 350 mA, cường độ phát quang của chip LED
vẫn tiếp tục tăng và không có hiện tượng suy giảm cường độ phát quang xảy ra.
Kết quả này chứng tỏ việc sử dụng màng kim cương làm đế tản nhiệt đã cải
thiện khả năng tản nhiệt của chip LEDcông suất.
Hình 3.15. Ảnh về sự phát quang của chip bán dẫn InGaNsử dụng đế tản nhiệt kim cương khi nguồn dòng lần lượt là 100 mA (a) và 350 mA (b)
Màng kim cương Lớp Au/Ti
LED chip
Keo epoxy bạc dẫn nhiệt Đế đồng IF = 350 mA IF = 100 mA a) b) Chip LED b)
Trong quá trình thực nghiệm này, màng kim cương được gắn kết với đế đồng bằng lớp keo epoxy bạc dẫn nhiệt. Keo epoxy bạc tuy có độ bám dính tốt
và dễ sử dụng nhưng có độ dẫn nhiệt thấp hơn các loại vật liệu tản nhiệt thông thường. Do đó lớp keo epoxy bạc dẫn nhiệt đã làm hạn chế khả năng tản nhiệt
của màng kim cương trong hệ thống tản nhiệt cho linh kiện LED. Để giải quyết
vấn đề này, chúng tôi sẽ tiến hành chế tạo màng kim cương gắn trên đế đồng
bằng cách hàn linh kiện với mối hàn In thay thế cho việc sử dụng keo dẫn nhiệt để nâng cao hiệu suất tản nhiệt của linh kiện LED.Đây là nội dung chúng tôi sẽ
KẾT LUẬN
Các kết quả thu được trong quá trình thực hiện luận văn được thể hiện ở
nhữngnội dung chính sau đây:
1. Đã chế tạo được màng kim cương trên đế đồng bằng phương pháp
MPCVD.
2. Kết quả chụp ảnh SEM cho thấy màng kim cương chế tạo là màng liên tục, đồng đều. Màng kim cương chế tạo trong 5 giờ có độ dày 700 nm. 3. Phổ tán xạ Raman cho thấy màng kim cương tổng hợp trên đế đồng là
màng có đồng thời cấu trúc kim cương (tương ứng với vạch phổ 1332
cm–1) và cấu trúc cácbon giả kim cương (1553cm–1). Ngoài ra phổ Raman
còn cho thấy cường độ của vạch phổ ở vị trí 1332 cm–1 lớn hơn cường độ
của vạch phổ ở vị trí 1553 cm–1. Điều này chứng tỏ mẫu có cấu trúc tinh
thể kim cương chiếm ưu thế hơn cấu trúc giả kim cương nên mẫu chế tạo
sẽ có tính chất chủ yếu là của cấu trúc tinh thể kim cương.
4. Giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy màng kim cương chế tạo là màng kim
cương đa tinh thể có hướng <111> là hướng ưu tiên nhất.
5. Đã tiến hành khảo sát sự phát quang của chip LEDInGaN sử dụng đế tản
nhiệt kim cương với nguồn dòng lần lượt là 100 mA và 350 mA. Kết quả
cho thấy cường độ phát quang của chip LED vẫn tiếp tục tăng và không có hiện tượng suy giảm cường độ phát quang xảy ra khi nguồn dòng đạt
giá trị 350 mA. Điều này chứng tỏ việc sử dụng màng kim cương làm đế
tản nhiệt đã cải thiện khả năng tản nhiệt của linh kiện LED công suất. Nhìn chung những kết quả này hướng tới khả năng ứng dụng kim cương
làm vật liệu tản nhiệt cho linh kiện LED công suất trong thực tế.
6. Hướng nghiên cứu tiếp theo: Trong thời gian sắp tới, chúng tôi sẽ tiến
hành chế tạo màng kim cương gắn trên đế đồng bằng cách hàn linh kiện
với mối hàn In thay thế cho việc sử dụng keo dẫn nhiệt để nâng cao hiệu
DANH MỤCCÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
Các bài báo và báo cáo khoa học liên quan đến luận văn:
1. 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. 2. 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 bài báo và 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
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Phạm Thanh Huyền (2005), Bài giảng Cấu kiện điện tử, Khoa Điện – Điện tử, Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội.
2. Đỗ Tuân (2008), Chế tạo và nghiên cứu tính chất màng kim cương nhân
tạo bằng phương pháp MPCVD, Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính
quy, Ngành Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc
Gia Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh
3. Ali N., Ahmed W., Fan Q.H., Rego C.A. (2000), Optimising diamond nucleation via combined pre−treatments, Thin Solid Films, pp. 208−213.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
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 <110> 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.