나노 입자가 도핑된 폴리디메틸실록산 유체는 AlGaN 기반 심자외선 발광 다이오드의 광학 성능을 향상시킵니다.
초록
이 논문은 SiO2로 도핑된 PDMS(폴리디메틸실록산) 유체를 포함하는 질화알루미늄 기반의 심자외선 발광 다이오드(DUV-LED) 및 공융 플립 칩을 위한 새로운 캡슐화 구조를 제안합니다. UV 투명 석영 반구형 유리 덮개가 있는 나노 입자(NP). 실험 결과 제안된 캡슐화 구조가 기존 구조보다 훨씬 높은 광출력을 가짐을 알 수 있다. DUV-LED의 순방향 전류가 200mA일 때 광추출 효율은 66.49% 증가하였다. SiO2로 PDMS 유체 도핑 NP는 도핑되지 않은 유체보다 더 높은 광 출력을 나타냅니다. 최대 효율은 0.2 wt%의 도핑 농도에서 달성되었습니다. 유체의 NP 도핑이 있는 캡슐화 구조의 200 mA 순방향 전류에서의 광 출력은 NP 도핑이 없는 것보다 15% 더 높았다. 제안된 캡슐화 구조의 광출력은 기존 캡슐화 구조보다 81.49% 더 높았다. 향상된 광 출력은 SiO2에 의한 광산란으로 인한 것입니다. NP 및 증가된 평균 굴절률. 제안된 캡슐화 구조를 사용하여 200 mA의 구동 전류에서 캡슐화 온도를 4 °C 낮출 수 있습니다.
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배경
공융 플립 칩과 파장 범위가 200–300 nm인 질화알루미늄 기반 심자외선 발광 다이오드(DUV-LED)는 경화 엔지니어링, 통신 보안, 살균 엔지니어링, 화학 분해, 수질 정화, 공기 정화, 위조 감지 및 감지 [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]. DUV-LED는 수은이 없고 신뢰성이 높기 때문에 기존의 UV 광원을 가까운 미래에 대체할 것으로 간주됩니다[11,12,13,14]. 그러나 플립 칩 DUV-LED의 출력 전력은 주로 양자 우물 결함, 광 흡수 및 사파이어-공기 계면에서의 내부 전반사(TIR)로 인해 낮게 유지됩니다[15,16,17]. 가시광 LED의 광추출 효율(LEE)은 실리콘 봉지층을 사용하여 TIR 손실을 줄임으로써 향상되었습니다[18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30 ]. 본 논문에서는 고굴절률(n =1.43) 및 275 nm의 파장에서 투과율. PDMS 유체는 무독성, 내산화성, 내화학성, 내열성 등의 특성이 우수합니다[31, 32]. 제안된 캡슐화 방법은 DUV-LED의 광출력 효율을 높이고 LED가 사람과 환경에 미치는 악영향을 줄인다. 혼합 SiO2 PDMS 유체로의 NP는 또한 광 효율을 향상시킬 수 있습니다.
방법 및 자료
그림 1은 다음 단계로 구성된 제안된 DUV-LED 캡슐화 프로세스의 개략도를 보여줍니다. (a) 전극 재료로 알루미나를 사용하여 세라믹 기판을 준비합니다. (b) DUV-LED 칩(피크 파장 275 nm)을 고온 압착을 통해 세라믹 기판에 접합합니다. (c) 알루미늄 반사판 측벽 공동이 DUV-LED 세라믹 기판에 접합되고 칩이 개구부의 중앙에 배치됩니다. (d) PDMS 유체가 알루미늄 반사기 측벽 공동으로 분배됩니다. (e) 코팅 바인더와 직경 3 mm, 높이 1.3 mm의 반구형 UV 투과 유리를 알루미늄 반사기 측벽 공동의 외부 링에 배치합니다. (f) 개별 DUV-LED는 스크라이브 라인을 따라 절단됩니다. 및 (g) SiO2를 포함하는 완전한 DUV-LED -NP가 도핑된 PDMS 유체 캡슐화 구조를 얻습니다. 그림 2a는 기존의 DUV-LED를 나타내고, 그림 2b는 본 연구에서 제안한 PDMS 유체로 캡슐화된 DUV-LED를 나타낸다. 중간층은 SiO2로 도핑된 PDMS를 포함합니다. NP. 전통적인 방법은 DUV-LED 플립 칩의 왼쪽과 오른쪽에 수직 세라믹 측벽을 사용하고 상단에 평면 UV 투과 유리를 사용하고 DUV-LED 플립 칩과 유리 사이의 매개체로 공기를 사용합니다. 제안된 디자인의 중간층은 SiO2의 캡슐화된 구조였습니다. 위의 반구형 UV 투과 유리 구조를 가진 PDMS 유체의 NP. 그림 2c는 광학 분광 광도계 측정 시스템(Hitachi, Tokyo, Japan)을 사용하여 얻은 다양한 파장에서 PDMS 유체의 투과율을 표시합니다. 그래프는 PDMS 유체 투과율이 275 nm에서 85%임을 보여줍니다. 그림 2d는 표면적이 0.78 × 0.75 mm
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인 DUV-LED의 사진을 보여줍니다. (Dowa Co. Ltd., Tokyo, Japan) 및 그 방출 스펙트럼은 200 mA 순방향 전류에서 캡처되었습니다. 칩의 지배적인 파장은 275 nm이었고 반치폭은 12 nm였습니다. 모든 데이터는 광학 시스템 SLM-20 적분구(Isuzu Optics, Hsinchu, Taiwan)를 사용하여 얻었습니다. 표 1은 제안된 캡슐화된 DUV-LED의 모든 구성 요소에 대한 사양(표면 및 재료 속성)을 나열합니다.