CN113809222A - 一种石墨烯led及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种石墨烯LED及其制备方法。所述方法包括石墨烯溶液的制备：将石墨烯用无水酒精溶解，得到石墨烯溶液；准备LED外延片，用毛刷在LED外延片上刷一层所述石墨烯溶液，然后迅速用无纺布擦拭；将擦拭后的LED外延片晾干15分钟再放入烤箱中，进行加温渗透，加温渗透的温度为380‑650℃，处理时间为40‑100min；加温渗透完成后降至室温，将外延片出炉，经进一步常规加工即得到所述石墨烯LED。以此方式，可以将石墨烯溶液涂在LED外延片上，然后在特定条件下进行加温渗透到浅表层，使光效大幅增长，且不需散热片和散热器。
Description
技术领域
本公开涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种石墨烯LED及其制备方法。
背景技术
LED目前是照明界主流，最大的问题是需要散热，当芯片结温＜70℃时，LED使用寿命会达到理想的5～10万小时；当结温＞90℃时，LED寿命就会降至2万小时；当结温＞115℃时，LED寿命就会降至1万小时；当结温＞135℃时，LED寿命则只有1000小时或更短。
为此业内绞尽脑汁设计出各种各样的散热器和散热装置，以期延长LED使用寿命，但都没有从根本上解决LED发热和散热问题。
发明内容
本公开提供了一种石墨烯LED及其制备方法，该方法通过在LED外延片上渗透一层石墨烯的方式，使LED光效大幅增长，且不需散热片和散热器。
根据本公开的第一方面，提供了一种石墨烯LED的制备方法。该方法包括如下步骤：
(1)石墨烯溶液的制备：将石墨烯用无水酒精溶解，得到石墨烯溶液；
(2)准备LED外延片，用毛刷在LED外延片的衬底背面(电气面)上刷一层所述石墨烯溶液，然后迅速用无纺布擦拭；
(3)将擦拭后的LED外延片晾干15分钟再放入烤箱中，进行加温渗透。
(4)加温渗透完成后降至室温，将外延片出炉，经进一步常规加工即得到所述石墨烯LED。
上述步骤(1)中，所述石墨烯的层数为1-3层，所述石墨烯与无水酒精的重量比例为1：(800-1200)。
上述步骤(2)中，所述LED外延片包括氮化镓衬底和衬底上的单晶薄膜，所述LED外延片是从外延炉生成制备的芯片母片，4寸片直径100mm，将外延片分割成密尔级芯片即是LED芯片，一块4寸外延片可分割成1～4万只LED芯片。
上述步骤(2)中，用无纺布擦试后，擦试至用显微镜观察无银色痕迹，此时外延片上的石墨烯近乎单层(1-2层)。
上述步骤(3)中，所述加温渗透过程为：先升温至383℃保温10分钟，再升温至482℃保温5分钟，再升温至610℃保温15分钟，再降温至482℃保温5分钟，最后降温至383℃保温10分钟；其中温度精度为±0.5℃，时间精度±2秒。
经加温渗透处理后的外延片出炉后，石墨烯渗透进外延片衬底背面的浅表层，渗透深度为1-2个C原子。
根据本公开的第二方面，提供了一种石墨烯LED。该石墨烯LED根据上述第一方面公开的石墨烯LED的制备方法制备。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
本公开的优点在于：
1、本公开将石墨烯溶液涂在LED外延片衬底背面，经擦试后只留极其少的单层石墨烯在外延片上，然后在特定条件下进行加温渗透到浅表层，使光效大幅增长，且不需散热片和散热器。
2、本公开用少层石墨烯在LED外延片上渗透的方法，使LED光效由110LM/w提高至300LM/w。且LED散热性能佳，在100～200w大功率运行时不需要散热片和散热器，将大功率LED灯具成本和体积、重量降低。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1示出了根据本公开的实施例的石墨烯LED的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例1
本实施例石墨烯LED(GLED)的制备方法，过程如下：
S101、将1-3层石墨烯用无水酒精溶解，石墨烯与无水酒精的重量比例为1：1000，得到石墨烯溶液；
S102、用毛刷在LED外延片的氮化镓衬底背面刷一层石墨烯溶液，然后迅速用无纺布擦拭；用无纺布擦试后，外延片上的石墨烯近乎单层，用显微镜观察无银色痕迹。
S103、将擦拭后的LED外延片晾干15分钟再放入烤箱中，进行加温渗透，加温渗透过程为：先升温至383℃保温10分钟，再升温至482℃保温5分钟，再升温至610℃保温15分钟，再降温至482℃保温5分钟，最后降温至383℃保温10分钟；其中温度精度为±0.5℃，时间精度±2秒。
S104、加温渗透完成后降至室温，将外延片出炉，经进一步常规加工即得到所述石墨烯LED。
经测试，经实施例1制备的石墨烯LED，其光效为300LM/w。在100～200w大功率运行时不需要散热片和散热器，将大功率LED灯具成本和体积、重量降低至原来的35％。
对比例1：
采用常规氮化镓衬底的外延片，直接制备LED，其光效为100LM/w。
对比例2：
与实施例1不同之处在于：
步骤(3)进行加温渗透过程为：先升温至500℃保温15分钟，再升温至620℃保温15分钟，再降温至500℃保温15分钟。
采用该工艺制备的外延片进一步加工成石墨烯LED，经测试，衬底背面石墨烯渗透深度大于实施例1，散热性能佳；但LED的P-N结构改变。
对比例3：
与实施例1不同之处在于：
步骤(3)进行加温渗透过程为：先升温至300℃保温15分钟，再升温至500℃保温15分钟，再降温至300℃保温15分钟。
采用该工艺制备的外延片进一步加工成石墨烯LED，经测试，LED的P-N结构未改变。但该LED的散热性能及光效同样没有改变。
Claims (8)
1.一种石墨烯LED的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)石墨烯溶液的制备：将石墨烯用无水酒精溶解，得到石墨烯溶液；
(2)准备LED外延片，用毛刷在LED外延片的衬底背面刷一层所述石墨烯溶液，然后用无纺布擦拭；
(3)将擦拭后的LED外延片晾干15分钟再放入烤箱中，进行加温渗透；
(4)加温渗透完成后降至室温，将外延片出炉，经进一步常规加工即得到所述石墨烯LED。
2.根据权利要求1所述的石墨烯LED的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述石墨烯的层数为1-3层，所述石墨烯与无水酒精的重量比例为1：(800-1200)。
3.根据权利要求1所述的石墨烯LED的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述LED外延片包括氮化镓衬底和衬底上的单晶薄膜。
4.根据权利要求1或3所述的石墨烯LED的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述LED外延片是从外延炉生成制备的芯片母片，4寸片直径100mm。
5.根据权利要求1所述的石墨烯LED的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，用无纺布擦试后，保证用显微镜观察无银色痕迹，此时外延片衬底背面上的石墨烯近乎单层。
6.根据权利要求1所述的石墨烯LED的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述加温渗透过程为：先升温至383℃保温10分钟，再升温至482℃保温5分钟，再升温至610℃保温15分钟，再降温至482℃保温5分钟，最后降温至383℃保温10分钟；其中温度精度为±0.5℃，时间精度±2秒。
7.根据权利要求1或6所述的石墨烯LED的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，外延片出炉后，石墨烯渗透进外延片衬底背面的浅表层，渗透深度为1-2个C原子。
8.根据权利要求1-7任一所述方法制备的石墨烯LED，其特征在于：该石墨烯LED光效为280LM/w以上。
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| CN107808819A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-03-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种液态石墨烯应用于GaN基材料及器件的方法 |
| CN110137336A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-16 | 上海工程技术大学 | 紫外光led芯片制造方法以及紫外光led芯片 |
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