芯耀
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與非網(wǎng) 8 月 14 日訊，賓夕法尼亞州立大學(xué)的工程師們展示了一種使用行業(yè)標準制造工藝將氮化鎵 LED 及其電源電路集成到同一芯片上的實用方法。其結(jié)果是照明芯片，直接從由插座提供的交流電源運行，無需在單獨的硅芯片和其他組件上將電力轉(zhuǎn)換為低壓直流電的中間步驟。
據(jù)領(lǐng)導(dǎo)這項研究的賓州州立大學(xué)工程教授徐建介紹，將 LED 的驅(qū)動系統(tǒng)集成到氮化鎵芯片上，可以降低 LED 照明的制造成本以及照明維護成本。他說，LED 燈泡的 60%成本來自驅(qū)動電子裝置。而且，由于這些硅驅(qū)動器電子器件通常不如氮化氫電池堅固，因此它們往往在 LED 壞掉之前出現(xiàn)故障。
LED 燈中現(xiàn)有的驅(qū)動器電路具有三個主要功能：將交流電轉(zhuǎn)換為直流（整流），平滑產(chǎn)生的直流中的紋波，并將電壓降至更有利于 LED 的水平。
徐群構(gòu)建的片上驅(qū)動系統(tǒng)只執(zhí)行第一功能（整流），同時無需第三個功能（降低電壓）。
該驅(qū)動器由四個肖特基阻隔二極管 （SBD） 組成，它們排列在橋接整流器電路中。SBD 是由金屬和半導(dǎo)體之間的結(jié)點形成的二極管。它們在電力電子器件中很常見，因為它們具有低正向電壓降。氮化氫是一種特別好的材料，因為它具有高分解電壓;防止電流反向流動。
為了獲得正確的到 LED 電壓，器件作為陣列構(gòu)建，并以每整流器 22 至 40 像素的鏈條級聯(lián)。這樣，總電壓降是 110-120 V，但每個 LED 像素只分配到到幾個伏特。
使用原型集成芯片的白色 LED 燈每瓦產(chǎn)生可敬的 89 流明。但是，由于 SBD 電橋輸出的 AC 輸入的校正版本，而不是大致恒定的電壓，因此 LED 具有 120 赫茲閃爍，這使得它更適合室外照明應(yīng)用，例如停車場和道路的燈具，低維護成本至關(guān)重要，但輕質(zhì)量不太重要。
集成 LED 燈的驅(qū)動器電路似乎是一個顯而易見的想法，但直到最近，它一直遙不可及。"氮化鈾是一種相當新的材料系統(tǒng)，"徐說。"這項技術(shù)最近才成熟，這就是為什么在單個芯片上集成是一個非常新的想法。以前的嘗試要求使用專用的 LED 結(jié)構(gòu)或制造工藝，這些結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，無法擴展或?qū)?LED 效率造成太大損害。
解決最后一個問題是徐實驗室取得成功的關(guān)鍵。在硅芯片制造中，蝕刻材料形成器件可以通過"濕"化學(xué)，如氫氟酸處理。但是，氮化鈾太難了，不能工作， 徐解釋道。因此，改為使用"干蝕刻"（電感耦合等離子蝕刻）。不幸的是，這個過程可能會在表面上留下效率的削弱缺陷。
"我們花了兩年時間嘗試使用混合蝕刻技術(shù)減少缺陷"，徐建解釋道，雖然濕蝕刻不夠堅固，無法去除大部分半導(dǎo)體表面，但只要時間，它可以幫助去除干蝕刻留下的有缺陷的層。他的團隊最終找到了一系列干蝕刻和濕蝕刻，生產(chǎn)出低缺陷、高質(zhì)量的設(shè)備。更妙的是，這種"循環(huán)蝕刻"程序可以用來提高顯示器的微 LED 的效率。
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