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金刚石热沉片,,,大功率LED的“灵丹妙药”

时间:2023-01-04浏览次数:1144

与传统照明光源相比,,,大功率LED 照明光源是固体冷光灯,,,具备使用寿命长、、、光效度高、、、无辐射、、、、耗电量较少、、、、抗冲击和耐震特性好、、安全性较高等优点。。。。但是,,,,大功率LED在使用过程中容易出现温度过高的情况,,尤其是发热问题。。。。LED属于高温敏感元件,,,如果其发热量很大、、温度过高,,会直接影响光照效果、、光色温度等,,,甚至会对它的正常使用产生严重影响。。对此,,,,加强对大功率LED散热问题刻不容缓。。。。


大功率LED存在的散热问题:

1. 热膨胀导致零部件弯曲和龟裂
大功率LED 由许多零部件组成,,,各种零部件的材料不同,,,热胀冷缩的幅度也不相同。。。。在热膨胀时,,零部件材料会发生弯曲和龟裂,,,从而导致产品散热不良,,,,严重降低大功率LED的使用效率。。


2. 电子电路的运行障碍
如果导体元器件的工作温度升高,,,,电源的阻抗会减小,,,,很容易进入“温度上升—阻抗降低—电压升高—热增强—温度上升”的恶性循环,,甚至出现烧断的现象。。。。

3 .高温导致材料品质降低
一般来说,,,大功率LED所用的金属材质都易于氧化,,,,且温度越高氧化速度越快。。。高温氧化会缩短它的寿命。。。。



金刚石的禁带宽度为5.47 eV,,金刚石除了具备超高热导率之外,,其电学特性也非常好:

①极高的击穿电场:高达109Vem-1,,,,是砷化镓材料的17倍,,,氮化镓材料的2倍,,碳化硅材料的2.5倍。。。

②饱和载流子速度:在饱和载流子速度方面金刚石是硅、、、砷化镓的2.7倍,,而且载流子速度比砷化镓的峰值还要大,,即在电场强度增加时也可维持其高的速率。。。

③载流子迁移率:金刚石的电子迁移率与空穴迁移率都优于其它半导体材料,,室温下电子的迁移率为4500 cm2/V·S,,而硅仅为1500 cm2/V·S,,砷化镓为8500 cm2/V·S,,,氮化镓低于1000 cm2/V·S;金刚石空穴迁移率为3800 cm2/V·S,,,,而硅仅为600 cm2/V·S,,砷化镓为400 cm2/V·S,,,,氮化镓为<50 cm2/V·S,,,因而,,,,金刚石可以制作高频电子器件。。。。

④低的介电常数:金刚石的介电常数为5.7,,约为砷化镓的二分之一,,,小于InP的一半,,即在给定的频率下,,,,金刚石半导体具有优越的容性负载,,,这为毫米波器件的设计提供了极大的方便。。。


1.png

图1    四种半导体材料的对比


由此,,,金刚石因其具备其它三种材料所不具备的超高热导率成为了大功率LED散热的主力。。。。



2.png

图2    是否有金刚石薄膜(热沉片)的封装

由图:将金刚石薄膜(即金刚石热沉片)用作大功率LED的散热片可以有效地降低LED的工作温度。。在相同的制备成本下,,,,提高金刚石薄膜的生长速度比提高金刚石薄膜的质量,,,,能更有效地提高散热效果。。。金刚石的热导率极高,,所以LED灯管产生的热量会快速传递给金刚石,,,使LED保持较低的正常工作温度。。。。


尊龙时凯多年专注于高质量金刚石的生产与制备,,采用最先进的MPCVD 装置,,,,制备大面积高品质金刚石热沉片,,,是全球首家将金刚石热沉片表面粗糙度从数十微米级别降低至1nm以下,,达到半导体级应用标准的企业。。。。核心产品有晶圆级金刚石热沉片、、金刚石基氮化镓外延片、、、氮化铝薄膜和压电材料等。。其中金刚石热沉片已用于大功率LED、、大功率激光器、、、、新能源汽车、、高铁、、、5G通讯等领域。。。



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