铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度对高功率密度LED极限光电性能的影响

摘要:高功率密度LED器件能实现传统光源和普通 LED 器件无法实现的诸多功能,将半导体照明技术链推向了一个崭新的高度。在实际应用中,单颗 LED 器件需要在数百瓦及近100 A电流下工作,铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度均会对该类型 LED 器件的极限光电性能这一关键指标产生显著影响。本文将单颗极限电功率为300W和200 W的两种规格的LED蓝光和白光器件,分5μm、100μm 和200μm 三个焊锡厚度,分别贴片焊接在直径为 20 mm、25 mm和32 mm 三种不同面积的热电分离铜凸台基板上,测试了当散热器温度分别为25℃、50℃、75 ℃和100℃时蓝光LED 器件光功率、白光LED光通量及其灯板导线焊点间的电压随电流的变化。同时,还研究了铜基板的导电铜箔厚度分别为70μm 和140 μm 时,极限电功率为 150 W 的蓝光LED 器件的 I-L 特性和 I-V 特性,并对其极限发光进行了研究。研究结果表明,焊锡厚度、铜基板面积和导电铜箔厚度均会对 LED的极限发光强度和工作电压产生明显影响;减小焊锡厚度和增加铜基板面积能显著提高高功率 LED器件的极限光强,P110和 T90两种规格蓝光 LED 器件极限光功率的提升幅度高达16% 和19%,白光器件极限光通量的提升幅度均高达15%左右;当铜箔厚度由70μm增加到140μm、散热器温度为25℃时,P70蓝光 LED的极限光功率提升幅度为 9.2%,50 ℃和75℃时极限光功率提升幅度为12.9%,100℃时极限光功率提升幅度为16.4%。

电子封装低温焊料研究进展

摘要:多温度梯度的互连焊料组合是实现芯片高密度集成的关键,低温焊料合金是实现低温工艺的前提和电子产品高可靠性的保障。本文综述了Sn-58Bi 低温焊料、In 基(In-Sn、In-Pb、In-Ag、In-Bi)低温焊料以及其他低温焊料(多元合金、高熵合金、Ga 基合金)的研究进展,指出含Bi 的Sn-Bi 焊料无法回避Bi 的偏析和脆断,最优选择是焊接过程中利用混合焊料中其他焊料成分或者外加颗粒与Bi 反应形成含Bi 化合物消耗掉Bi,不丧失Sn-Bi 焊料的焊接性的同时与现有的回流工艺相匹配;In 基二元或多元低温焊料以及SnBiInX 高熵合金,焊接后脆性Bi 相和低熔点Bi-In、Sn-In 化合物形成不可避免,应摒弃Bi 的使用并控制Sn 的含量,如采用低熔点Ga 或In 与高熔点Cu 混合形成非冶金结合的混合或复合焊料,低温瞬态液相键合实现低熔点成分熔化温度附近的低温互连,低熔点相消耗殆尽和高熔点化合物的形成是保证焊点高强度和高温服役的前提。

光电器件中的负光电导效应及应用

摘要:随着信息化时代的高速发展,对微电子器件中光电材料的选择、新功能的开发提出了更高的要求。传统光电器件大多利用半导体材料在光照下电导率增加的正光电导性效应进行功能化设计。近年来,研究发现还存在另一种反常的光电导效应——负光电导(Negative photoconductivity,NPC),即在光照条件下电导率降低,由于其在光电探测、逻辑器件、神经形态器件、低功耗非易失性存储器方面的潜在应用而备受关注。NPC的产生机制一般包括载流子的俘获效应、表面分子的吸附‐解吸、表面等离子体极化激元和局域表面等离子体共振、光辐射热效应等。本文详细讨论了不同光电器件中NPC产生的物理机制,分析了材料选择、器件结构设计、能带结构变化对不同异质结器件中NPC效应的影响,概括了光电器件中负光电导效应的实际应用,这为光电器件的性能优化和新型光电器件设计提供了重要参考,为未来异质结光电信息器件实现尺寸更小、光导增益更高、速率更快、功耗更低奠定了科学基础。

响应型柔性材料系统的向光性驱动

摘要:光响应材料在光刺激下能改变自身的物理或化学性质,因其对电磁波多自由度的高敏感、多维度响应能力,在与传感、驱动相关的多种应用领域中备受关注. 近年来,基于光响应软材料的光驱动系统逐渐完成了从简单的感知、受激作动到持续自主反馈控制的进化,这意味着柔性材料在受到刺激发生形态变化的基础上,逐步具备接受和转化能量的能力,进而实现自主驱动. 一系列基于柔性光响应材料的软体作动系统对与方向实时改变的光源、热源、声源等能量源,表现出方向识别与准确跟踪的能力. 这种“向光性”“趋光性”实现的难点在于让光响应柔性材料识别刺激源的方向并向其作动、在对准方向时停止作动,在受外部扰动、方向失准时自主向光调整,从而在一定程度上体现类似动、植物的自主性.因此,对近年来光响应材料在传感、驱动及自适应调节领域的研究进展进行综述,总结了柔性材料作动从响应型到自控型的发展历程,从传感、驱动、反馈三个组成循环的关键过程剖析其能量转化、传递过程中的物理、化学机制,并展望自控制光响应材料系统在仿生驱动器和软体机器人等研究领域的发展方向与潜力.

液态金属在电子热控中的应用进展与挑战

摘要:液态金属作为当下科学和工业前沿的璀璨明珠,不仅是实际应用中不可或缺的重要组成部分,更是一个充满未知奇迹的探索领域。其独特的物理性质使得它在电子热控方面备受瞩目。文中剖析了热控应用中至关重要的典型液态金属的物理参数和性能,深入挖掘了液态金属在电子热控中的应用场景,介绍了它作为热界面材料、相变储能材料和循环工质的现状和研究进展,并进一步阐述了液态金属在电子热控应用中面临的主要技术挑战,提出了应对这些技术挑战的技术途径,指出了液态金属未来的研究方向。

凝胶聚合物电解质在超级电容器中的研究现状与发展趋势

摘要:新型固态超级电容器具有更高的机械稳定性、易操作性和耐温耐候性,既无传统固态电解质易泄露、不便于携带的缺点,也无液态聚合物电解质易腐蚀、易爆炸的风险,是极具市场前景的高功率储能型超级电容器。固态超级电容器需要电解质离子流动性好、导电率高、活性好和机械稳定性高。凝胶聚合物电解质因其具有安全性高、稳定性好和天然无污染性等特点,是目前固态聚合物电解质中适配度最高的一种电解质。根据电解质基底来源不同可以分为天然型和合成型两类聚合物电解质,复合聚合物电解质主要由聚合物基体、添加剂和电解质盐组成。复合聚合物电解质在超级电容器中既充当了导电介质,也起着隔膜的作用。本文综述了不同聚合物电解质的特点,阐述了聚合物电解质对超级电容器储能及电化学性能的影响与作用机制,最后提出了构建高效储能系统所面临的挑战和未来发展的聚焦点。

智能可穿戴柔性压力传感器的研究进展

摘要:柔性压力传感器可以附着在人体皮肤感知外界压力信号,且具有传感范围广、响应时间短、灵敏度和耐久性高等特点,因此被广泛应用于电子皮肤和人机交互等领域。柔性压力传感器通常由柔性基底、活性材料、导电电极组成。其中,一种或多种活性材料通过与柔性基底复合形成传感材料,其受外界刺激产生的变形会引起阻值等变化,进而实现传感功能。此外,通过引入微结构可增加传感材料的可压缩性以及对微小压力的敏感度,提升传感性能。本文围绕薄膜和织物两类基底,综述了在其中掺杂碳基、金属基与黑磷基等活性材料的柔性压力传感器的研究,重点论述了不同传感器的制备方法、机电性能与应用场景,总结了各类传感器的优缺点。在此基础上,对未来智能可穿戴柔性压力传感器如何实现宽范围压力检测、商业化以及制作流程无毒化与长时期生物相容性实验等方面的研究做出了展望。

基于有机半导体的感-存-算自旋器件研究

摘要:利用电子自旋属性进行信息存储、传输与处理, 是未来构建智能感知系统的全新途径. 在自旋电子学领域, 有机半导体材料凭借其极弱的自旋弛豫效应和超长的自旋寿命, 成为实现室温自旋信息应用的理想材料. 有机半导体独特的光电磁特性赋予自旋器件对外界刺激的高度敏感响应能力, 开发了系列功能性有机自旋器件, 为构建智能化的自旋感知系统提供了重要的研究基础. 本文综述了有机半导体材料在自旋输运、自旋界面以及光电磁特性方面的研究进展; 重点探讨了基于此类材料的自旋传感器件、存储器件及有望实现自旋运算的光控自旋态器件的最新成果, 并分析了当前研究中面临的挑战, 展望了面向智能信息系统的功能性有机自旋器件的未来发展方向.

全球量子计算技术研究进展与发展建议

摘要:量子计算是引领新一轮科技革命与产业变革的战略性前沿领域,厘清我国在该领域的技术态势并制定精准发展路径,对赢得全球科技竞争主动权至关重要。文章通过对国际量子计算技术发展格局的深度剖析,系统评估了我国量子计算技术的发展情况。研究表明,我国经过近10 年的快速发展,量子计算整体技术水平跻身全球第一方阵,在光量子等技术路线上领先,但在多数细分方向上与美国仍有差距,在基础原理与原始创新层面有待提高。研究进一步揭示了我国在核心材料、关键设备领域面临的外部制约,以及高端人才储备短缺的严峻挑战。基于此,提出了一系列旨在强化自主创新、优化人才战略的对策,为我国在量子领域抢占未来制高点提供决策参考。

柔性可穿戴碲化铋基热电器件的研究进展

摘要:随着全球能源的消耗加剧,热电器件的开发应用成为解决能源消耗问题的有效途径之一,其中,碲化铋(Bi2Te3) 基柔性热电器件因在可穿戴领域逐步实现应用,得到了学界和业界的广泛关注。然而,受其材料成本较高、刚性结构等多方面因素的限制,Bi2Te3 基柔性热电器件难以在保持高效热电性能的同时,实现柔性可穿戴化应用。本文系统地阐述了当前Bi2Te3 基柔性热电器件在材料复合与柔性结构设计上的研究进展,特别是在柔性结构设计上,涵盖了块状、膜类及纱线型3 种结构。最后,总结分析了Bi2Te3 柔性热电器件未来可能面临的挑战与发展趋势,以期促进热电器件在可穿戴领域实现广泛应用。