LED结温与热阻测量方法的研究

LED结温与热阻测量方法的研究

发光二极管(LED)因其环保、寿命长和高的能量转换效率而广泛应用于照明、LCD背光、显示、紫外固化、消毒杀菌等方面。LED特别是大功率LED存在严重的热问题。热量的累积将导致LED结温上升,使得LED器件出现发光偏色、内部量子效率和发光效率下降、寿命缩短等一系列可靠性问题。LED结温测量数据的精准性对热阻的计算、热界面材料热性能的评估等LED热特性的分析至关重要。

LED结温的测量通常是采用正向电压法,测量过程中,需要将电流从较大的

工作电流切换到很小的测试电流,电流切换导致测量延迟问题,降低了LED结温和热阻分析的准确性。针对上述常规LED结温测量所存在的问题,我们在之前的相关研究工作中提出了一种包含传感单元的LED结构。本论文在基于集成传感单元的LED结温测量基础上,进一步研究了测量过程中影响其数据精准性的两个问题,即开始降温瞬间表观温度异常上升和连续性重复测量过程中唯有第一次测量与后续测量的数据存在偏差的问题,创新性地提出了迅速拉低偏压法。该方法较好地缓解了上述两个问题,提高了LED结温测量的精确度。

此外,本文从光生载流子和材料缺陷能级的角度,对这两个导致测量不准确的问题进行了理论分析和解释。本论文主要的研究内容和结论总结如下:1.发现基于集成传感单元结构的LED结温测量实验依然存在两个问题:测量初始期间存在表观温度异常上升现象和连续性重复测量间存在偏差。2.创新性地提出了迅速拉低偏压法,应用于集成传感单元结构的LED结温测量实验中,较好地缓解上述两个问题对实验结果的影响。3.通过LabVIEW编程对KeySight B2902A数字源表进行控制,将迅速拉低偏压法应用于常规LED的结温测量,实现了结温的高精准测量。

4.对上述两个导致测量不准确的问题所包含的物理过程进行了理论分析与初步的计算验证:LED热阻测量实验中的点亮阶段,激发并累积了大量的光生载

流子,光照停止的瞬间,累积的光生载流子并不会瞬间地消失。其中一大部分的光生载流子将会快速地顺着势垒漂移,导致了表观温度的异常上升;一部分光生载流子会被缺陷能级所俘获,使得连续性重复测量中第一次测量与后续测量的数据存在偏差。每次开始测量前迅速拉低偏压,一方面加速了光生载流子顺着势垒漂移的过程,另一方面,将缺陷能级上占据的电子数进行了重置。