Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов и аппаратуры для исследования и контроля тепловых процессов в мощных полупроводниковых излучающих приборах на основе гетероструктур.

Докладчик: Закгейм Александр Львович

Должность: Заместитель директора по научной работе, зав.сектором

Цель проекта:
1. Главной задачей проекта является повышение энергетических характеристик, ресурса работы, определение допустимых режимов надежной эксплуатации мощных полупроводниковых излучателей на основе гетероструктур 2. Цель проекта: 1) Разработка методов математического моделирования тепловых процессов в полупроводниковых излучающих приборах на основе многослойных гетероструктур; 2) Разработка экспериментальных методов и аппаратуры для определения температурных полей в излучающих кристаллах и приборных структурах в целом

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта предполагается:
- разработать программы для расчета температурных полей и теплового сопротивления и провести
моделирование тепловых процессов в мощных излучателях различных конструкций ;
- разработать ИК-тепловизионные микроскопические высокоразрешающие методы контроля
температурных распределений;
- усовершенствовать и повысить точность методов определения температуры p-n-перехода по анализу
переходных характеристик;
- изготовить макеты аппаратно-программный комплекс для экспресс измерения и анализа
тепловых характеристик полупроводниковых излучателей;
Аппаратно-программный комплекс позволит представлять частотные зависимости модуля и фазы
теплового импеданса в графической форме, определять температуру перегрева , тепловые сопротивления
отдельных слоев конструкций приборов и модулей; в нем будут реализованы два режима работы:
исследовательский и контрольно-диагностический.
По техническим характеристикам созданные в результате выполнения проекта аппаратно-программные
средства контроля качества приборов не будут уступать зарубежным аналогам, среди которых основной и
широкоиспользуемый Thermal tester T3Ster (MicRed Ltd.), при этом цена разрабатываемых приборов будет
в десятки раз меньше.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Потенциальную область применения результатов проекта образуют научно-исследовательские и промышленные организации, занимающиеся разработкой и производством мощных полупроводниковых приборов различных типов: выпрямительные диоды, СВЧ-диоды, биполярные транзисторы, лазеры и др., но, в особой степени, специализирующиеся в области мощных светодиодов для светотехнических задач, а
также потребители этой продукции.
По окончании разработки планируется поставка разработанных методик и опытных образцов аппаратуры на предприятия производители светодиодов и предприятия потребители светодиодов – производители светодиодной продукции
Тепловые процессы или, проще говоря, локальные и общие перегревы являются в настоящее время критическими факторами, ограничивающими достижения предельных энергетических и ресурсных параметров, стабильность выходных оптических характеристик, а также способствующими катастрофическим отказам. Потенциальный российский рынок оценивается в объеме до 250 -300 штук аппаратно-программных комплексов для измерения тепловых характеристик светодиодов. Дальнейшим его стимулированием будет
регламентация (повышение) требования к контролю качества и гарантийным срокам обслуживания светодиодной продукции

Текущие результаты проекта:
Проведенный анализ научно-технической литературы, посвященной вопросам тепловых измерений в светодиодах показал, что для всестороннего исследования тепловых процессов в мощных полупроводниковых приборах, включая идентификацию отдельных элементов тепловых цепей и учет эффектов неоднородного распределения плотности тока и тепловыделения, необходимы достаточно точные средства измерения теплофизических характеристик светодиодов в широком диапазоне уровней возбуждения. Анализ современных отечественных и зарубежных средств исследования тепловых свойств и измерения параметров тепловой модели светодиодов показал, что стандартные методы и установки, основанные на регистрации кривых нагрева (или охлаждения) при подаче (или выключении) ступеньки мощности имеют ряд существенных недостатков.
Наиболее удобным практическим способом определения температуры активной области прибора с возможностью пространственного разрешения и выявления локально перегретых участков является прямой метод инфракрасной тепловизионной микроскопии. Требования высокого разрешения также означают необходимость уменьшения дифракционного размытия и, следовательно, желателен переход от традиционно используемого дальнего ИК диапазона 7-12мкм в ближний 2-3мкм со сменой инструментальной базы.
В отношении вопросов моделирования тепловых процессов в мощных светодиодов, необходимо решить задачу проблема перехода к более сложным нелинейным тепловым моделям, учитывающим температурные и токовые зависимости основных характеристик светодиодов и положительные обратные связи, возникающие при разогреве активной области. Другая проблема связана с исходной неоднородностью токо- и теплораспределения по площади кристалла в связи со сложной многоэлементной топологией контактов и дальнейшем (с ростом тока) усугублением этой неоднородности, обусловленной эффектом «сurrent crowding).