科研进展简报

氧化石墨烯氟胶复合材料对深紫外LED封装稳定性的提升

来源:武汉光电国家研究中心    作者:能源光子学功能实验室    发布时间:2018年04月14日
        AlGaN基深紫外LED(DUV-LED)(λ<300 nm)由于其广泛的应用范围,如辐射固化,杀菌消毒,水净化,防伪检测和传感器应用等,引起了很多科学家的关注。然而,传统的有机封装材料限制了深紫外LED的发展,导致深紫外LED稳定性下降。为了解决这个问题,具有稳定-CF3端基的氟胶聚合物(S-tpye,CYTOP)在深紫外光下具有优异的透明度和良好的耐紫外性,是理想的深紫外LED封装材料。然而氟胶的粘合能力较差,会导致界面出现意想不到的空隙,对封装中的光传播和热传导造成不良影响,并引发湿气氧气对芯片的严重侵蚀。
        为提高深紫外LED的封装稳定性,武汉光电国家研究中心能源光子学功能实验室先进半导体材料与器件研究团队陈长清教授、戴江南副教授、博士生梁仁瓅等人,提出使用氧化石墨烯氟胶作为封装复合材料以改善深紫外LED的热学,光学和可靠性。通过使用氧化石墨烯作为填料,可使界面具有类似的“锚定交联”的结构,其可以描述为嵌入氟胶中的氧化石墨烯将作为连接界面APTS的锚,使得紧密固定石英透镜和芯片。实验结果表明,基于界面锚定效应,使用0.10wt%氧化石墨烯氟胶的深紫外LED界面层的空气孔隙减少了84%,光输出功率提高了15%,结温降低了5%。 另外,深紫外LED的稳定工作时间显著提高了6倍。
 


图1. 氧化石墨烯氟胶封装深紫外LED灯珠示意图。 (a)流体A:含有5wt%去离子水的乙醇。 (b)流体B:具有1wt%APTS的流体A. (c)使用流体B修饰蓝宝石(深紫外LED芯片)和石英透镜的表面。 (f)单个AlGaN基深紫外LED(1.14mm×1.14mm;峰值波长:280nm)的典型三明治封装结构(石英透镜/密封剂/芯片)。
 

图2.具有纯氟胶封装剂和0.04wt%,0.10wt%氧化石墨烯氟胶的深紫外LED的老化测试。 测试在80℃和90%RH下进行,并且光功率的初始值被认为是1。插图显示老化测试之后具有纯氟胶封装的深紫外LED中的失效区域照片。

        2018年2月1日,该研究成果以题目“Interface Anchored Effect on Improving Working Stability of Deep Ultraviolet Light-Emitting Diode Using Graphene Oxide-based Fluoropolymer Encapsulant”发表在美国化学学会(ACS)旗下杂志《应用材料与界面》[ACS Applied Materials & Interfaces,2018, 10 (9), pp 8238–8244]上。该研究成果获得了国家重点研发计划(2016YFB0400901, 2016YFB0400804),中科院上海技物所(IIMDKFJJ-15-07),国家自然科学基金(61675079, 11574166, 61377034, 61774065)和武汉光电国家研究中心主任基金的支持。