Výzkumníci z Penn State staví monolitický GaN LED čip
V tomto novém výzkumu jsou diody LED a zdroje napájení gallium (GaN) postaveny na stejném monolitickém čipu.
Světelné diody GaN lze nyní prokazatelně vyrábět na stejném čipu jako vaše napájecí obvody pomocí průmyslových standardních výrobních technik.
Vědci z Pensylvánské státní univerzity publikovali článek o nitridových světelných diodách střídavého proudu III a usměrňovačích Schottkyho bariérových diod na čipu, což je tento milník v procesech IEEE v elektronických zařízeních.
Obrázek transakcí IEEE v elektronických zařízeních
Nejprve je důležité si uvědomit, že tito vědci nevyvinuli LED, která by fungovala přímo ve střídavém proudu. To, co udělali, bylo vyvinout praktickou metodu integrace LED nitridu galia a jednoduchého můstkového usměrňovače na stejném čipu. Inovativní výsledek této práce znamená, že tyto LED diody lze ovládat přímo ze zásuvky 110 VAC bez nutnosti použití samostatných integrovaných obvodů usměrňovače.
Protože teď? (A ne dříve?)
Vypadá to jako jednoduchý nápad. Mnohem složitější obvody než diody LED a usměrňovače byly do jednotlivých čipů zabudovány po celá desetiletí.
Profesor Penn State Jian Xu, který projekt vedl mimo univerzitní skupinu pro fotoniku a optoelektronická zařízení, vysvětluje tuto výzvu. „Nitrid galia (GaN) je poměrně nový systém materiálů,“ říká Xu. “Technologie nedávno dospěla; Proto je integrace jednoho čipu velmi nový nápad. “
Myšlenka AC LED byla již vyzkoušena. Ve skutečnosti hlavní autor článku, Jie Liu, již léta pracuje s LED diodami CA GaN. Diplomová práce z roku 2013 s názvem Gallium Nitride Based Light Emitting Diode Technology založená na koloidních a AC kvantových bodech zkoumala koncept LED na bázi GaN.
(A) Dr. Fotografie zářících a nehořících mikroskopických AC LED integrovaných s Schottkyho diodou z práce Jie Liu
Předchozí pokusy však vyžadovaly vlastní konstrukce LED, složité neškálovatelné výrobní procesy nebo neúčinné LED.
Klíčem k úspěchu nového projektu bylo vyřešení problému neefektivity. Při výrobě křemíkových čipů se často používá proces „mokré chemie“, jako je proces s kyselinou fluorovodíkovou. Jak však vysvětluje Xu, GaN je pro to velmi obtížné fungovat. Místo toho by měla být použita technika „suchého leptání“, jako je leptání s indukčně vázanou plazmou.
Samotné leptání za sucha však zanechalo na povrchu LED vady, které způsobily neúčinnost. Nakonec bylo zjištěno, že i když mokré leptání nebylo dostatečně silné na to, aby vytvořilo třísku, bylo možné jej použít k odstranění nedokonalostí, které po sobě zanechaly leptáním za sucha. Xu a jeho tým nakonec vyvinuli sekvenci suchého oděru a mokrého oděru, která poskytla vysoce kvalitní zařízení s nízkou vadou.
Robustnější LED
LED je obvykle vyrobena z pevných materiálů, jako je GaN, ale obvod budiče je vyroben ze silikonu. Křemík není tak silný jako GaN, takže obvod ovladače je to, co obvykle vyžaduje výměnu zařízení. Jelikož všechna tato zařízení jsou GaN, budou po celou dobu pevná a robustní GaN.
Xu rovněž uvedl, že integrace systému LED ovladače (nebo napájecího zdroje) může také výrazně snížit výrobní náklady. Je to proto, že systém řidiče je více než polovinou celkových nákladů na LED žárovku.
Co je uvnitř čipu?
V níže uvedeném diagramu zobrazuje levá horní část obrys celého obvodu GaN. Zde vidíme čtyři Schottkyho bariérové diody (SBD) v obvodu můstkového usměrňovače.
Na pravou LED matici je aplikován pulzní DC. Pokud je počet LED zvolen správně, bude pokles napětí na každé z nich dostatečný pro správnou funkci každé z nich.
Obrázek transakcí IEEE v elektronických zařízeních
Je pravda, že výstup můstku je stejnosměrný pulzní, takže světlo vyzařované LED bude blikat na 120 hertzů. Díky tomu bude jakýkoli produkt vytvořený touto technologií vhodnější pro venkovní distribuci. U tohoto typu aplikace je kvalita světla sekundární vzhledem k nízkým nákladům na údržbu.
Je však snadné si představit připojení externího filtru k budoucím výrobkům, které zmírní nerovnosti, což činí tato zařízení vhodnými pro náročnější vnitřní aplikace.
Pracujete na aplikaci, která může tuto technologii využít? Řekněte nám o tom v komentářích níže.
