III-V puolijohteiden optinen mittaustekniikka

Hans Baumgartner

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Ledejä käytettiin pitkään pääasiassa elektronisten laitteiden merkkivaloina. Suuritehoisen valkoisen ledin kehitys 2000-luvun alussa laajensi ledien käytön myös yleisvalaistukseen ja nykyään suurin osa yleisvalaistuksesta toteutetaan ledien avulla. Ledit ovat puolijohdekomponentteja, jotka on valmistettu käyttäen materiaaleja alkuaineryhmistä III ja V, muodostaen yhdisteitä kuten GaN, GaInAs ja AlInP. Valaistuksessa käytetyt valkoiset ledit ovat tyypillisesti fosforilla päällystettyjä ledejä, jotka emittoivat sinistä tai ultraviolettivaloa. Ledin päällä oleva fosfori absorboi ledistä tulevan valon ja emittoi sen laajalla aallonpituusalueella, muodostaen valkoista valoa. Suuritehoiset ledit on tavallisesti pakattu komponenteiksi, joiden sähköteho on 1-5 W. Ledien lisäksi, III-V alkuainesta valmistettuja puolijohdekomponentteja voidaan käyttää pienissä ja tehokkaissa monikerrosaurinkokennoissa. Koska sekä ledeissä, että aurinkokennoissa käytetyt materiaalit ja valmistustekniikka ovat samat, myös sähköiset ja optiset ominaisuudet ovat yhtenevät. Väitöskirjassa on kehitetty uusia mittalaitteistoja sekä analyysimetodeja III-V materiaaleista valmistettujen ledien ja monikerrosaurinkokennojen valotehokkuuden, elinajan ja energiaraon määritykseen. Suuritehoisten ledien elinaikaa tutkittiin ikäännyttämällä erityyppisiä led-lamppuja huoneenlämpötilassa sekä korotetuissa, 45 ja 60 asteen lämpötiloissa. Korotetuissa lämpötiloissa suoritettu ikäännyttäminen kiihdytti ikääntymistä keskimäärin kertoimilla 1.35 ja 2.36, verrattuna huoneenlämpötilassa suoritettuun ikäännyttämiseen. Hyvälaatuisten ledien eliniäksi voitiin osoittaa yli 50 000 tuntia, ennustetun eliniän ollessa yli 100 000 tuntia. Ledien korkeasta hyötysuhteesta huolimatta suurin osa ledien käyttämästä sähkötehosta muuttuu lämmöksi, heikentäen puolijohdekomponenttien elinikää ja optisia ominaisuuksia. Väitöskirjassa kehitettiin nesteen avulla tapahtuvaan jäähdytykseen ja resistiiviseen lämmitykseen perustuva lämpötilasäädin, jonka avulla suuritehoisten puolijohdekomponenttien lämpötilaa voitiin nopeasti ja tehokkaasti säätää. Laitteiston avulla tutkittiin III-V ryhmien alkuainesta valmistettujen puolijohteiden energiaraon lämpötilariippuvuutta. Työssä kehitettiin uusi malli ledin emissiospektrin kuvaamiseen. Mallin avulla pystyttiin määrittämään puolijohdeyhdisteen suhteellinen koostumus. Kehitetyn mallin todettiin toimivan myös monikerrosaurinkokennojen energiarakojen määrityksessä.
Julkaisun otsikon käännösIII-V puolijohteiden optinen mittaustekniikka
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Ikonen, Erkki, Vastuuprofessori
  • Kärhä, Petri, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7472-6, 978-951-38-8543-4
Sähköinen ISBN978-952-60-7471-9, 978-951-38-8542-7
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • aurinkokenno
  • energiarako
  • elinikä
  • ledi
  • radiometria

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'III-V puolijohteiden optinen mittaustekniikka'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä