Журнал «Светотехника» №4

Дата публикации 10/08/2023
Страница 69-74

Измерение температуры активной области светодиодов средней мощности по динамике изменения прямого напряжения при токовом нагреве и охлаждении «Светотехника», 2023, №4

Авторы статьи:

Маняхин Фёдор Иванович, Варламов Дмитрий Олегович, Скворцов Аркадий Алексеевич, Мокрецова Людмила Олеговна, Николаев Владимир Константинович

Маняхин Фёдор Иванович, доктор физ.-мат. наук, профессор. Окончил в 1973 г. МИЭМ. Профессор кафедры «Автоматизированное проектирование и дизайн» НИТУ «МИСиС». Автор и соавтор более 160 публикаций. Награждён грамотой Минобрнауки РФ, лауреат конкурса «Золотые имена высшей школы 2018» в номинации «За вклад в науку и высшее образование». Область научных интересов: полупроводниковая электроника, физика полупроводниковых приборов

Варламов Дмитрий Олегович, инженер. Окончил в 2005 г. МГТУ «МАМИ». Старший преподаватель кафедры «Электрооборудование и промышленная электроника» Московского политехнического университета. Автор и соавтор более 40 публикаций. Область научных интересов: микроконтроллерные системы, светодиоды

Скворцов Аркадий Алексеевич, доктор физ.-мат. наук. Зав. кафедрой Московского политехнического университета. Автор и соавтор более 150 научных статей и монографий по полупроводниковому материаловедению и проблемам деградации систем металлизации и контактов в структурах микро- и наноэлектроники

Мокрецова Людмила Олеговна, кандидат техн. наук, доцент. Окончила в 1978 г. Московский институт стали и сплавов (МИСиС). Доцент кафедры «Автоматизированное проектирование и дизайн» НИТУ «МИСиС». Лауреат конкурса «Золотые имена высшей школы 2018» в номинации «За внедрение инновационных методик преподавания». Область научных интересов: трёхмерное моделирование в световом дизайне

Николаев Владимир Константинович, кандидат экон. наук. Научный сотрудник кафедры «Динамика, прочность машин и сопротивление материалов» Московского политехнического университета. Автор (соавтор) более 25 научных статей и монографий по микроэлектронике и организации производства предприятий приборостроительной отрасли

Аннотация

Проведён краткий анализ наиболее распространённых неразрушающих методов измерения температуры активной области светодиодов (CД) и указаны их недостатки. Проведены измерения температуры активной области светодиодов средней мощности по динамике изменения прямого напряжения при нагреве токами разной плотности и в процессе остывания в режиме протекания малого, так называемого «измерительного», тока, не вызывающего разогрев СД. Приведена электрическая схема, реализующая использованный метод. Результаты измерений показывают, что тепловое сопротивление СД, определяемое по результатам измерения температуры активной области предлагаемым методом, больше справочного. Проведено сравнение результатов температурных измерений с использованием традиционных методов анализа спектров излучения СД и по температурной зависимости прямого напряжения.

Список использованной литературы

1. Meyaard D.S. et al.. Temperature dependent efficiency droop in GaInN light-emitting diodes with different current densities // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 100, Is. 8. – 081106. DOI:10.1063/1.3688041.
2. Guo Z.-Q. et al. On a relationship among optical power, current density, and junction temperature for InGaN-based light-emitting diodes // AIP Advances. – 2017. – Vol. 7, Is. 1. – 015307. DOI: 10.1063/1.4974877.
3. Tetzlaff T. et al. Estimation of LED Junction Temperature Based on Forward Voltage Method for Digital Hardware Implementation / 2016 European Modelling Symposium. DOI 10.1109/EMS.2016.42
4. Xi Y., Xi J.-Q., Gessmann Т. et al. Junction temperature measurements in deep-UV light-emitting diodes // Appl. Phys. Lett. – 2005. – Vol. 86, Is. 3. – 031907.
5. Muslu A.M. et al. Impact of junction temperature over forward voltage drop for red, blue and green high power light emitting diode chips // 2017, 16th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems.
6. Варламов Д.О., Маняхин Ф.И., Скворцов А.А. Взаимосвязь температурных и электрических режимов маломощных высокоэффективных светодиодов // Светотехника. – 2023. – № 1. – C. 24–29.
7. Маняхин Ф.И., Мокрецова Л.О. Физико-математическая модель зависимости внутренней квантовой эффективности светодиодов с квантовыми ямами от тока // Светотехника. – 2020. – № 5. – C. 73–78.
8. Войцеховский А.В., Несмелов С.Н., Кульчицкий Н.А., Мельников А.А. Влияние дислокаций на внутреннюю квантовую эффективность светоизлучающих структур на основе квантовых ям InGaN/GaN // Нанои микросистемная техника. – 2011. – № 8. – С. 27–35.
9. Shim J.-I., Shin D.-S. Measuring the internal quantum efficiency of light-emitting diodes towards accurate reliable room-temperature characterization // Nanophotonics. – 2018. –September. – P. 1–15.
10. Павлюченко А.С., Рожанский И.В., Закгейм Д.А. Проявление инжекционного механизма падения эффективности светодиодов на основе AlInGaN в температурной зависимости внешнего квантового выхода // ФТП. – 2009. – T. 43, Bып. 10. – C. 1391–1395.
11. Meneghini M., Santi C. de, Tibaldi A. et al. Thermal droop in III-nitride based light emitting diodes: Physical origin and perspectives // J. Appl. Phys,– 2020, – Vol. 127, Is. 21. – 211102.
12. Titkov I., Karpov S.Y., Yadav A. et al. Temperature-Dependent Internal Quantum Efficiency of Blue High-Brightness Light-Emitting Diodes // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 2014. – Vol. 50, No. 11, – P. 911–920.
13. Xi Y., Schubert E.F. Junction–temperature measurement in GaN ultraviolet light-emitting diodes using diode forward voltage method // Appl. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 85, Is. 12, – P. 2163–2165.
14. Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. Под ред. А.Э. Юновича – 2-е изд. – М.: Физматлит, 2008,– 494 с.
15. Manyakhin F., Kovalev A., Yunovich A.E. Aging Mechanisms of InGaN/AlGaN/GaN LightEmitting Diodes Operating at High Currents // MRS Internet Journal Nitride Semiconductor Research. – 1998. – Vol. 3, No. 53. – P. 1–5.
16. Kudryashov V.E. et al. Dependence of aging on inhomogeneities in InGaN/AlGaN/GaN light-emitting diodes // MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research. – 2000. – Vol. 5. – P. 668–674.
17. Маняхин Ф.И., Мокрецова Л.О. Закономерность снижения квантового выхода светодиодов с квантовыми ямами при длительном протекании тока с позиции модели АВС // Светотехника. – 2021. – № 3. – C. 29–35.
18. Meneghini M., Trevisanello L-R, Zahner T., Strauss U., Meneghesso G., Zanoni E. High-Temperature degradation of GaN LEDs related to passivation // IEEE Transactions on Electron Dev. – 2006. – Vol. 53, No. 12. – P. 2982–2986.
19. Meneghesso G., Levada S., Pierobon R., Rampazzo F., Zanoni E., Cavalini A., Castalini A., Scamareio G., Du S., Eliashevich L. Degradation mechanisms on GaN-based LEDs after acselerfted DC current aging / Digest. International Electron Devices Meeting. – Dec. 8, 2002. – P. 103–105. DOI: 10.1109/ IEDM.2002.1175789
20. Ежов B. Стандартизация и расчёт тепловых характеристик мощных светодиодов // Электронные компоненты. – 2009. – № 6. – C. 42–48.
21. Shockley W. The Theory of p-n Junctions in Semiconductors and p-n Junction Transistors // Belt Syst. Tec. J. – 1949. – Vol. 28 – P. 435–489.
22. Sah C. T., Noyce R.N., Shockley W. Carrier Generation and Recombination in P-N Junctions and P-N Junction Characteristics // Proc. IRE. –1957. – Vol. 45 – P. 1228–1243.
23. Маняхин Ф.И., Ваттана А.Б., Мокрецова Л.О. Применение механизма рекомбинации Шокли-Нойса-Саа для модели вольтамперной характеристики светодиодных структур с квантовыми ямами // Светотехника. – 2020. – № 4. – C. 45–50.
24. Сергеев В.А., Широков А.А. Определение локальных температур в структурах красных AlInGaP/GaAs светодиодов в импульсном режиме // Письма в ЖТФ. – 2009. – T. 35, Bып. 9. – C. 1–10.
25. Varshni Y.Р. Temperature dependence of the energy gap in semiconductors // Physica. – 1967, – Vol. 34. – P. 149–154. DOI:10.1016/0031–8914(67)90062–6 Corpus ID: 120605623.
26. Делян РА., Ерохин М.М., Маркова С.Н., Потапов А.С., Савицкая А.Г., Терехов Г.П., Туркин А.Н. Выбор метода аппроксимации спектрального распределения цветных светодиодов и сравнение их параметров и характеристик в номинальном режиме // Светотехника. – 2023. – № 1. – C. 48–53.
27. Волков В.В., Коган Л.М., Туркин А.Н., Юнович А.Э. Спектры люминесценции мощных светодиодов на основе нитрида галлия в ультрафиолетовой и фиолетовой областях спектра // ЖТФ. – 2018. – Т. 52, Вып. 10. – С. 1172–1176.
28. Кудряшов В.Е., Мамакин С.С., Туркин А.Н., Юнович А.Э., Ковалёв А.Н., Маняхин Ф.И. Спектры и квантовый выход излучения светодиодов с квантовыми ямами на основе гетероструктур из GaN – зависимость от тока и напряжения // ФТП,– 2001. – Т. 35, Вып. 7. – С. 861–868.

Ключевые слова

Выберите вариант доступа к этой статье

Купить

Рекомендуемые статьи

Неразрушающий метод измерения профиля легирования активной области p-n структуры светодиодных кристаллов и устройство для его реализации «Светотехника», 2024, №3

Закономерность снижения квантового выхода светодиодов с квантовыми ямами при длительном протекании тока с позиции модели АВС «СВЕТОТЕХНИКА», 2021, № 3

Взаимосвязь температурных и электрических режимов маломощных высокоэффективных светодиодов «Светотехника», 2023, №1

Смотреть все статьи