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

Проведены: теоретическое и экспериментальное исследование тепловых процессов в мощных полупроводниковых приборах, преимущественно в мощных светодиодах на основе AlGaInN гетероструктур, предназначенных для светотехнического применения; разработка методов и аппаратуры, позволяющей измерять тепловые сопротивления приборов и отдельных элементов эквивалентной тепловой схемы, распределение температуры в объеме полупроводникового кристалла и корпуса (температурный мэппинг). Цель исследования - повышение энергетических характеристик, ресурса работы и надежности эксплуатации мощных полупроводниковых излучателей (МПИ) за счет разработки методов математического моделирования процессов теплорегулирования (thermal management) и методов прецизионного контроля тепловых процессов внутри полупроводниковых приборов. В ходе выполнения проекта разрабатывались методы измерения тепловых параметров, как непосредственные на базе ИК-тепловизионной микроскопии, так и косвенные на основе переходных характеристик температурочувствительных параметров. К началу настоящего этапа были разработаны математическая модель и алгоритм идентификации и расчета параметров элементов тепловой цепи приборов по частотным зависимостям модуля и фазы их теплового импеданса. Эти результаты легли в основу создания экспериментального образца аппаратно-программного комплекса (ЭО АПК) для измерения тепловых импедансов, отличающегося методом теплового возбуждения - широтно-импульсной модуляцией греющего тока по определенному закону. На четвертом этапе ПНИ выполнены разработка и изготовление ЭО АПК, определены его основные технические характеристики, с его использованием проведены измерения тепловых сопротивлений светодиодов и светодиодных матриц различных конструкций. Представлено устройство ЭО АПК, включая описание назначения, принципа и режимов работы, общей структурно-функциональной схемы и принципиальных электрических схем отдельных узлов и модулей. Разработана эскизная конструкторская документация. Подготовлены программа и методики экспериментальных исследований ЭО АПК, включающие анализ требований к прибору, содержание и задачи исследовательских испытаний контроля и анализа тепловых характеристик мощных полупроводниковых излучателей. В результате исследований и тестовых испытаний ЭО АПК показано, что функциональные возможности и метрологические характеристики ЭО АПК в целом соответствуют требованиям ТЗ. Приведены результаты экспериментальных исследований с применением ЭО АПК тепловых сопротивлений МПИ, включившие измерения тепловых параметров специально изготовленных светодиодов и светодиодных матриц различных конструкций, а также исследования процессов деградации с учетом реальной температуры активной области, вызванной саморазогревом. Потенциальную область применения результатов образуют научно-исследовательские и промышленные организации, занимающиеся разработкой и производством мощных полупроводниковых приборов различных типов, в особой степени специализирующиеся в области мощных полупроводниковых светодиодов.