Оценка в рамках теплоэлектрической модели стойкости светодиода к воздействию периодической последовательности СВЧ импульсов

Аннотация

Рассматривается оценка в рамках теплоэлектрической модели стойкости гетеропереходного светодиода к воздействию периодической последовательности импульсов ЭМИ, с учетом нелинейных температурных зависимостей плотности тепловой мощности и теплофизических характеристик материалов структуры. Приводятся рассчитанные по разработанной модели зависимости максимальной температуры полупроводниковой структуры светодиода и длительности ее облучения до достижения критических температур в зависимости от параметров импульса ЭМИ.

• импульс СВЧ излучения
• мощность излучения
• критическая температура
• длительность импульса
• частота импульса

Abstract (in English)

To assess the durability of the LED to the effects of a periodic sequence of microwave pulses, a mathematical thermoelectric model was developed. The mathematical description of the model is the joint solution of time-dependent equations of electric and heat conductivity with temperature-dependent thermo-physical and electrical characteristics of the elements of the device structure and bulk density of thermal power. Three LED heating phases corresponding to sequential regimes of work and different external conditions were considered: the LED structure heat in the operation mode until the temperature reaches a steady value; thermal heating of the structure by means of incoming operating electric power of the device and power of electromagnetic radiation; and then melting of its structure. Calculation studies were carried out for AlGaAs/GaAs and InGaN/GaN structures of high-power LEDs on 6H-SiC substrate. Analysis of the results of computational studies showed: 1) the magnitude of the pulse duration and the repetition period have a significant effect on the process of heat accumulation in the structure of the LED and the value of its maximum temperature; 2) an increase in the pulse repetition rate and pulse duration may result in the accumulation of more heat in the structure and in the reduction of the critical level of the power density of the EMP, leading either to a deterioration in the quality of the device's operation or to the destruction of its structure; 3) for a given pulse duration, required for damage to the structure of the LED, the energy of the EMR is required the less, the larger the value of the duty cycle of the pulse train.

Для цитирования

Литература

1. ГОСТ Р 51317.4.4-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний. М: ГОССТАНДАРТ РОССИИ,1999.
2. Мырова Л.О., Чепиженко А.З. Обепечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям. М: Радио и связь 1988.
3. Рикетс Л.У., Бриджес Д.Э, Майлетта Д. Электромагнитный импульс и методы защиты. М: Атомиздат, 1979.
4. Ходаков А.М., Сергеев В.А., Гавриков А.А. Теплоэлектрические процессы в гетеропереходном светоизлучающем диоде при воздействии на него мощного импульсного СВЧ излучения. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. - 2017, № 3. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/mar17/6/text.pdf.
5. Wunsh D.C., Bell R.R. Determination of threshold failure levels of semiconductor diodes and transistors due to pulse voltage // IEEE Transaction on Nuclear Science. - 1968, v. NS-15, № 6, p. 244-259.
6. Алексеев В.Ф., Журавлев В.И. Тепловые модели отказов полупроводниковых структур при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Доклады БГУИР. - 2005, №2, с. 65-72.
7. Сергеев В. А., Ходаков А. М. Теплоэлектрические модели мощных биполярных полупроводниковых приборов. Часть II. Нелинейная теплоэлектрическая модель мощных светоизлучающих диодов. // Радиотехника и электроника. 2015, Vol. 60, No. 12, с. 1328-1332.
8. Lee, S. Spreading Resistance Model for Electronic packaging / S. Lee, S. Song,V. Au // Proceedings of ASME/JSME Thermal Engineering Conference. 1995. V. 4. P. 199.
9. Шуберт Ф. Светодиоды. М.: Физматлит, 2008.