石墨烯透明电极及碳量子点影响LED芯片性能的模拟与实验研究

发布时间：2020-09-04 18:40

　　 发光二极管(LED)因体积小、寿命长和耗能低等一系列的优点,而被广泛应用。但随着对LED的亮度要求越来越高,LED的功率不断增大,随之出现了LED芯片电流拥挤、结温过高和封装胶老化等一些问题,从而严重影响LED的发光效率及使用寿命。优化芯片的透明电极可以缓解电流拥堵、提高电流注入率,降低LED芯片结温,从而延长LED的使用寿命;优化荧光粉封装可以增强发光效率,提高LED器件使用范围和寿命。但透明电极结构和荧光粉封装如何优化、优化的效果如何,首先,需要运用仿真模拟从理论上进行初步预测,然后通过实验进行验证。为此,本文采用COMSOL Multiphysics多物理场有限元仿真软件,根据芯片电流扩展理论,对石墨烯与不同金属组成的透明复合电极对Ga N-LED电、热性能的影响进行了模拟研究;用COMSOL射频模块和Tracepro光线追踪软件分别仿真计算了碳量子点(CDs)的PL发光谱和不同浓度CDs/紫外封装胶复合荧光粉对LED出光性能的影响,并将自制的CDs与紫外胶复合后封装于LED芯片,对模拟的出光性能进行了实验验证。主要结果如下:1)探究了石墨烯/金属(金、银、镍、铂)复合透明电极对Ga N-LED芯片性能的影响。研究发现:3层石墨烯分别和1nm金(Au)、1.5nm银(Ag)、1.5nm镍(Ni)和1.5nm铂(Pt)组合表现为最佳复合透明电极。这些复合透明电极与石墨烯电极相比,LED芯片的结温降低了~12K。同时,比较了四种金属与石墨烯组成的复合透明电极,石墨烯/镍复合透明电极的LED性能最好。2)通过COMSOL仿真探究了CDs的PL发光谱与尺寸之间的关系,得出了2nm的CDs在582nm处有发光峰。且CDs/UV-glue荧光粉在35mil×35mil LED芯片上的最佳厚度为2.3mm;10mol/L的CDs/UV-glue荧光粉固化在LED芯片上,蓝光LED能激发荧光粉发射黄光,最终获得白光。3)采用水热法制备了尺寸大约为2nm的黄色荧光粉CDs,当CD/UV-glue浓度为1.2mg/10m L时,蓝光LED也能激发荧光粉发射黄光,这与Trace Pro模拟计算CDs/UV-glue复合荧光粉浓度为10mol/L的结果一致。通过PL测试得出CDs的发光谱峰值在590nm,与理论计算的峰值在582nm非常接近,误差仅为1%。利用软件仿真不同金属薄膜/石墨烯透明电极和CDs/UV-glue复合荧光粉来探究LED的光电热性能,具有一定的参考价值和指导意义。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN312.8
【部分图文】：

1 绪 论1 引言LED(Light Emitting Diode)发光二极管，作为一种新型的第四代固态发光光源年来发展非常迅速。LED 与传统光源（白炽灯、荧光灯）相比有诸多优响应时间快、低污染、高光效、无电磁干扰、长寿命、低能耗、体积小等[1，LED 在很多的领域（信号灯、背光源、汽车灯、普通照明、激光等）泛的应用，如图 1.1 所示。LED 的普遍应用对节约能源、保护环境具有的意义。据统计，目前灯光照明用电占全球总用电量的 20%以上，利用效 LED 照明可减少 40%以上的电能能耗，LED 的寿命提高可以不用浪费料和成本。LED 在照明方面的突出应用前景，已被认为是二十一世纪高能技术中最有潜力的一项技术，并有逐渐取代传统光源或完全取代的趋势

大学硕士学位论文 1 绪：正向偏压下的载流子注入、光能传输和辐射复合。当它处于正向工作即 p 电极接入正电压，n 电极接入负电压），电流从 LED 的 p 电极流向 n p 区的空穴会向 n 区扩散，n 区的电子会向 p 区扩散，并在 p-n 结界面处 MQW）发生导带电子和价带空穴的复合[10]，半导体会根据材料的不同发色的光线，光的强弱与通入的电流大小有关。

1.3 LED 结构示意图：（a）无机 LED 示意图[11]，（b）量子点 LED 示意图[12]，（c）有机 LED意图[13]，（d）LED 正装芯片结构图，（e）LED 倒装芯片结构图，（f）LED 垂直芯片结构图ig. 1.3 Schematic diagrams of LED: (a) Schematic of inorganic LED, (b) Schematic of QLED, (c)chematic of organic LED, (d) Structure of LED front-loading chip, (e) Structure of LED flip-chip,(f) Structure of LED vertical chip.3 石墨烯、CDs 的基本性质.3.1 石墨烯基本性质2004 年，英国曼彻斯特大学物理学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫和安德烈·盖姆，用度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学点：二维晶体在常温下是不能稳定存在的。两人也因此共同获得 2010 年诺贝尔理学奖。很多研究者也把眼光投向了这种新型的二维材料，石墨烯材料被越来广泛的研究了。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张祥昕;程健;林俊鸿;陈素晶;刘永川;陈远强;王维;;石墨烯及其复合材料在去除重金属离子中的应用研发进展[J];中国金属通报;2018年09期

2 李丹;肖劲松;马琳;;2025年全球石墨烯市场发展展望[J];新材料产业;2019年03期

3 ;半导体所等在多层石墨烯物理性质研究方面取得新进展[J];中国粉体工业;2012年02期

4 钱伯章;;石墨烯材料制备技术及应用研究进展[J];石油和化工节能;2016年01期

5 ;天奈科技开发出碳纳米管与石墨烯复合锂电池助导剂[J];中国粉体工业;2016年03期

6 ;广西大学破解石墨烯制备难题 可大批量生产粉体材料[J];中国粉体工业;2016年03期

7 ;年产100吨石墨烯粉体生产线在常州投运[J];中国粉体工业;2013年06期

8 ;石墨烯标委会拟成立 石墨烯标准化制定企业待定[J];中国粉体工业;2013年06期

9 ;石墨烯行业发展部署启动 鼓励各省成立独立联盟[J];中国粉体工业;2013年06期

10 ;川大成功制备石墨烯橡胶纳米复合材料[J];中国粉体工业;2015年04期

相关会议论文 前10条

1 高超;方波;;石墨烯宏观组装及多功能复合材料[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M：高分子共混与复合体系[C];2017年

2 李永军;杨阳;戴静;黄晓宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制备[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题O：共价骨架高分子与二维高分子[C];2017年

3 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纤维研究进展[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M：高分子共混与复合体系[C];2017年

4 方浩明;白树林;;三维石墨烯填充高导热弹性体[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M：高分子共混与复合体系[C];2017年

5 许亮;邹聪;董鉴锐;张兴权;罗铭;左明明;曹振兴;;氧化石墨烯涂层的制备及其性能表征[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题K：高性能高分子[C];2017年

6 张学薇;徐晨;汪洋;尹少骞;王韫璐;赵沛;王宏涛;;石墨烯转移方法[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集（A）[C];2017年

7 汪洋;程昱;王韫璐;张帅;徐晨;张学薇;尹少骞;应林炜;宋也男;李群仰;赵沛;王宏涛;;石墨烯的制备及力学性质研究[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集（A）[C];2017年

8 王荧;郭航;李娟;;石墨烯制备及其应用安全[A];《环境工程》2018年全国学术年会论文集（中册）[C];2018年

9 张艾蕊;查鹏飞;王晓康;范冰奇;王梅玲;王海;;微波氧燃烧-高分辨电感耦合等离子体质谱法测定石墨烯中硫[A];第三届全国质谱分析学术报告会摘要集-分会场6：无机质谱[C];2017年

10 郭丽;;氧化石墨烯渗透膜的激光改性及其气体分离性能[A];第二届中国氚科学与技术学术交流会论文集[C];2017年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 王彦彬;石墨烯将怎样改变通信？[N];通信产业报;2016年

2 本报记者 崔彩凤;刘忠范：石墨烯更好发展必须着眼于未来[N];中国高新技术产业导报;2019年

3 本报记者 华凌;石墨烯产业期待去伪存真[N];科技日报;2018年

4 艾班;石墨烯生物材料制备成功[N];中国化工报;2014年

5 柯伟;石墨烯基础应用研究获新进展[N];科学时报;2011年

6 记者 姜小毛;首个纯石墨烯粉末产品诞生[N];中国化工报;2013年

7 百川;石墨烯研发面临三大难题[N];中国化工报;2015年

8 刘平昌 唐娟;国内首条石墨烯薄膜生产线投产[N];中国化工报;2013年

9 朱永康;全球石墨烯市场高速增长[N];中国化工报;2013年

10 记者 李东周;石墨烯产业技术创新联盟成立[N];中国化工报;2013年

相关博士学位论文 前10条

1 张银;太赫兹可调石墨烯超材料设计与研究[D];南京大学;2016年

2 吕杨;钴化合物/石墨烯复合材料制备及其氧还原催化性能研究[D];湖北大学;2018年

3 唐涛;羟基化石墨烯的磁性研究[D];南京大学;2015年

4 武庭tD;基于石墨烯-贵金属纳米复合材料电化学传感器的构建及应用[D];山西大学;2018年

5 周金浩;掺杂石墨烯的可控制备及性能研究[D];电子科技大学;2018年

6 董仕鹏;石墨烯在水生生物中的富集、净化及其随食物链传递规律研究[D];南京大学;2017年

7 汪倩倩;石墨烯基材料合成及其锂二次电池中的应用[D];浙江大学;2018年

8 王建;氧化石墨烯在水环境中絮凝行为及作用机制研究[D];华北电力大学(北京);2018年

9 李瑞怡;高性能三维石墨烯材料的构筑、功能化及性能研究[D];江南大学;2018年

10 蒋雅琴;类石墨烯材料的超快非线性光学特性及应用研究[D];湖南大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 王常耀;石墨烯提升内滤效应及其量子点靶向线粒体成像的研究[D];湖南大学;2014年

2 汤春苗;CVD石墨烯制备及其电学性质的研究[D];哈尔滨理工大学;2015年

3 刘思雨;多孔石墨烯气凝胶及其衍生物的制备表征和在水处理方面应用的研究[D];南京理工大学;2018年

4 晁磊;贵金属纳米粒子/氮掺杂三维交联石墨烯复合材料的制备及电化学应用研究[D];常州大学;2017年

5 余显正;基于石墨烯-Ag纳米复合体欧姆接触的近紫外LED器件研究[D];南京大学;2017年

6 冯成成;水溶性钴酞菁/氧化石墨烯复合物的合成、表征及催化性能研究[D];辽宁大学;2013年

7 周海燕;第一性原理计算研究石墨烯、硅烯及锗烯中的π磁性[D];山西师范大学;2018年

8 雇双;硼酸及其衍生物修饰的碳材料合成及性质研究[D];辽宁大学;2013年

9 韩海霞;功能石墨烯的制备及电化学生物传感器的应用研究[D];山西师范大学;2018年

10 王志玉;氮掺杂石墨烯量子点的制备及其在生物体液检测中的应用研究[D];山西师范大学;2018年

本文编号：2812448