摩擦伏特效应的内涵、研究现状及展望

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作者 林世权 丁相天 +2 位作者 李港 郑明理 刘检华 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期148-166,共19页

旨在探讨摩擦伏特效应及其在能量收集与智能传感器中的应用。半导体异质结界面发生滑动时,摩擦会激发界面电子-空穴对,电子-空穴对在半导体界面电场作用下发生定向迁移,产生直流电,这一过程被称为摩擦伏特效应。基于摩擦伏特效应的机械... 旨在探讨摩擦伏特效应及其在能量收集与智能传感器中的应用。半导体异质结界面发生滑动时,摩擦会激发界面电子-空穴对,电子-空穴对在半导体界面电场作用下发生定向迁移,产生直流电,这一过程被称为摩擦伏特效应。基于摩擦伏特效应的机械能收集器件被称为摩擦伏特纳米发电机。摩擦伏特纳米发电机能够直接输出直流电,且具有低阻抗的输出特性,因此受到广泛关注。首先阐述摩擦伏特效应的内涵,总结摩擦伏特效应研究中的关键科学问题:电子-空穴对激发机制与界面电场形成机理。其次介绍摩擦伏特效应在能量收集以及智能传感方面的应用及其优化方法。围绕摩擦伏特效应中的能量传输规律,提出摩擦伏特效应研究中的摩擦学问题以及表界面工程问题,以及几何结构非对称和摩擦诱导界面非对称因素对摩擦伏特效应存在潜在贡献的观点。最后指出摩擦伏特效应未来的研究将呈现多元化、智能化的发展趋势,优化材料的表面结构、提高稳定性、输出功率以及耐久性将成为摩擦伏特纳米发电机发展的关键方向。通过这些技术突破,稳定性、输出功率以及耐久性全面提升,摩擦伏特效应有望在实际应用中得到广泛部署,并在智能传感、环境监测、可穿戴设备等领域发挥重要作用。 展开更多

关键词 摩擦伏特效应 摩擦起电 半导体异质结 摩擦能量耗散 表面改性

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基于摩擦伏特效应的柔性直流电源研究进展

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作者 孟佳 蒲雄 王中林 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1-14,共14页

摩擦起电(triboelectrification,TE)是几乎所有材料表面都存在的物理现象,而半导体材料的TE不同于起静电的介电材料。在半导体与半导体或金属的动态接触界面上,机械摩擦导致界面原子间化学键合的不断破坏和重建过程,释放能量量子(也称... 摩擦起电(triboelectrification,TE)是几乎所有材料表面都存在的物理现象,而半导体材料的TE不同于起静电的介电材料。在半导体与半导体或金属的动态接触界面上,机械摩擦导致界面原子间化学键合的不断破坏和重建过程,释放能量量子(也称键合子)来激发半导体界面的非平衡电子-空穴对,被激发的电子-空穴对在p-n结(或肖特基结、半导体异质结)的内建电场的作用下分离,从而在外电路产生直流电,该现象被称为摩擦伏特效应。此过程类似于光伏效应,不同之处在于能量的来源。在摩擦伏特效应中,电子-空穴对是由界面处原子瞬时跃迁释放的能量或界面处形成新键时释放的能量来激发,而光伏效应则是由光能激发。本文综述了基于摩擦伏特效应的直流发电机的研究进展,包括机理研究、材料与器件设计、表面改性增强策略等多个方面,并讨论了摩擦伏特器件在可穿戴设备领域作为柔性直流电源的设计开发、性能优化以及未来潜在应用场景。 展开更多

关键词 摩擦伏特效应 摩擦纳米发电机 直流发电机 柔性电源 摩擦伏特纳米发电机

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辐射伏特效应同位素电池换能单元设计及其性能测试 被引量：11

3

作者 王关全 杨玉青 +4 位作者 张华明 胡睿 魏洪源 熊晓玲 罗顺忠 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期494-498,共5页

以单晶硅基结型器件为基础,探讨其结构与辐射作用下电输出性能的关系,为辐射伏特效应同位素电池换能单元(PN结)设计提供依据。设计制作了两种可作为同位素电池换能单元用的单晶硅半导体PN结型器件,使用63Ni源辐照这些器件并测量其电输... 以单晶硅基结型器件为基础,探讨其结构与辐射作用下电输出性能的关系,为辐射伏特效应同位素电池换能单元(PN结)设计提供依据。设计制作了两种可作为同位素电池换能单元用的单晶硅半导体PN结型器件,使用63Ni源辐照这些器件并测量其电输出性能。结果表明,新设计的器件具有比原器件更大的开路电压、输出功率和能量转换效率。 展开更多

关键词 辐射伏特效应同位素电池 换能单元 电学性能

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采用光生伏特效应的LED芯片在线检测方法研究 被引量：4

4

作者 李恋 李平 +3 位作者 文玉梅 尹飞 毋玉芬 张鑫 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期454-458,共5页

基于pn结的光生伏特效应,本文研究了一种非接触式LED芯片在线检测方法。通过测量pn结光生伏特效应在引线支架中产生的光生电流,检测LED封装过程中芯片质量及芯片与支架之间的电气连接状态。通过分析pn结光生伏特效应的等效电路,详细论... 基于pn结的光生伏特效应,本文研究了一种非接触式LED芯片在线检测方法。通过测量pn结光生伏特效应在引线支架中产生的光生电流,检测LED封装过程中芯片质量及芯片与支架之间的电气连接状态。通过分析pn结光生伏特效应的等效电路,详细论述了半导体材料的各种参数及等效电路中各电参数与支架上流过的光生电流的关系。实验对各种不同颜色的LED样品进行了测量。研究表明,该方法可以实现LED芯片的在线检测,有较大的应用价值。 展开更多

关键词 LED芯片 光生伏特效应 在线检测 等效电路

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GaAs基β辐射伏特效应微电池的参量优化设计研究 被引量：3

5

作者 刘云鹏 汤晓斌 +3 位作者 丁丁 谢芹 陈飞达 陈达 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第B09期611-616,共6页

考虑放射性同位素源自吸收效应,提出基于半导体材料GaAs和同位素源63 Ni的微电池最优化设计方案,并通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程,对同位素源与半导体材料的厚度,换能单元PN结结深、耗尽区宽度、掺杂浓... 考虑放射性同位素源自吸收效应,提出基于半导体材料GaAs和同位素源63 Ni的微电池最优化设计方案,并通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程,对同位素源与半导体材料的厚度,换能单元PN结结深、耗尽区宽度、掺杂浓度、少子扩散长度,及电子空穴对的产生及收集情况等进行了研究和分析,给出了不同结深下,各物理参量的最佳设计值。在源活度为3.7×107 Bq,PN结表面积为0.01cm2时,提出的辐射伏特效应微电池最优化设计方案可实现:短路电流密度为379.68nA/cm2,开路电压为1.375V,填充因子为84.39%,最大输出功率为440.4nW/cm2,能量转化率为4.34%。 展开更多

关键词 砷化镓 微电池 β辐射伏特效应 蒙特卡罗方法

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基于β辐生伏特效应的同位素微能源研究 被引量：3

6

作者 秦冲 苑伟政 +1 位作者 乔大勇 安飞 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期294-298,304,共6页

介绍了基于辐生伏特效应的放射性同位素微电池的理论研究,建立了p+n型和n+p型微电池能量转化结构的理论模型,分析了影响微电池性能的主要参数,并对两种能量转化结构的主要设计参数进行了优化。比较了p+n型和n+p型两种能量转化结构的性能。

关键词 β辐生伏特效应 MEMS 微能源

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光电池非线性区PN结光生伏特效应的研究 被引量：5

7

作者 杜梅芳 姜志进 《上海理工大学学报》 CAS 北大核心 2002年第1期65-67,72,共4页

根据光电池线性区应用叠加定理建立的PN结光生伏特效应理论,阐述了PN结光生伏特效应在光电池非线性区的应用.

关键词 光生伏特效应 光电池 非线性 PN结

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PLZT陶瓷中的光致伏特效应的研究 被引量：3

8

作者 郑鑫森 郑芝凤 +1 位作者 束慧君 敖海宽 《功能材料》 EI CAS CSCD 1991年第6期351-355,共5页

研究了PLZT陶瓷中的体光伏特效应。采用通氧热压技术制备PLZT陶瓷。试样被切割加工成4.5×3×1mm^3并沿3mm 方向加以极化,在高于居里点的温度下以较低的电压(～250V/mm)极化。在高压球形汞灯的照射下,所研究的PLZT试样呈现较强... 研究了PLZT陶瓷中的体光伏特效应。采用通氧热压技术制备PLZT陶瓷。试样被切割加工成4.5×3×1mm^3并沿3mm 方向加以极化,在高于居里点的温度下以较低的电压(～250V/mm)极化。在高压球形汞灯的照射下,所研究的PLZT试样呈现较强的光致伏特效应。在4/56/44PLZT陶瓷中,其光伏电压和电流输出分别为1.2kV/cm(开路态)和0.9μA/cm^2(闭路态)。实验表明 PLZT 的光伏电流与光照强度有关而与外接电阻负载无关(在0～10~8Ω范围内);外加偏置场对极化前后的4/56/44PLZT陶瓷的光伏特性的影响的实验表明:受光照射后产生的光致激发载流子在一有效驱动电场的作用下作定向运动,从而对外表现出光伏效应的行为特征,这一有效场为材料的剩余极化场;外加偏置电场可诱发或加强材料的光伏电压和电流的输出。 展开更多

关键词 PLZT陶瓷 光致伏特效应 电场 性能

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金刚石辐射伏特效应同位素电池器件研究进展 被引量：3

9

作者 刘本建 张森 +9 位作者 郝晓斌 文东岳 赵继文 王伟华 刘康 曹文鑫 代兵 杨磊 韩杰才 朱嘉琦 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第5期801-813,共13页

微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定,可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型,辐... 微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定,可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型,辐射伏特效应同位素电池由于其理论能量转换效率高、易于微型化被广泛研究,并已经成功应用于心脏起搏器。宽禁带的半导体换能结器件制作的同位素电池能够获得更高的能量转换效率。宽禁带半导体中的代表金刚石具有5.5 eV的禁带宽度与耐辐射的特性,使其成为制作辐射伏特效应同位素电池换能结器件的最佳选择。随着化学气相沉积技术的发展,金刚石晶体的外延技术突飞猛进,为金刚石半导体器件的发展打下了材料基础。本文对比了常见的同位素电池换能结用半导体材料和辐射源材料的特性,介绍了辐射伏特效应的基本原理,接着对辐射伏特效应同位素电池的关键参数进行了分析,并汇总了有关金刚石辐射伏特效应同位素电池研究的文献,通过各个参数,如开路电压、转换效率等的对比,指出了目前金刚石同位素电池发展的状态与存在的问题。通过分析金刚石与其他n型半导体材料组成的异质pn结目前的性能与应用情况,给出了基于金刚石异质pn结的高性能同位素电池的结构设计,并进行了总结与展望。 展开更多

关键词 同位素电池 辐射伏特效应 金刚石 肖特基器件 开路电压 半导体换能结 转换效率

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β辐射伏特效应核电池的研发现状 被引量：6

10

作者 何瑞 陆景彬 +4 位作者 刘玉敏 李潇祎 郑人洲 许旭 王皓迪 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2019年第3期346-352,共7页

近年来,关于β辐射伏特效应核电池的研究主要集中在放射源的选取以及新型半导体材料器件的加工工艺等方面.从能量转换机制、放射源的选择、换能器件材料的选择、电池的输出性能和能量转换效率等方面对β辐射伏特效应核电池进行了讨论和... 近年来,关于β辐射伏特效应核电池的研究主要集中在放射源的选取以及新型半导体材料器件的加工工艺等方面.从能量转换机制、放射源的选择、换能器件材料的选择、电池的输出性能和能量转换效率等方面对β辐射伏特效应核电池进行了讨论和分析.最后对核电池的研究方向和应用前景进行了展望. 展开更多

关键词 放射性同位素电池 β辐射伏特效应 能量转换效率

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高温超导体上的光生伏特效应

11

作者 毛桂芬 王德煌 +2 位作者 王兰萍 林金龙 王国文 《量子电子学报》 CAS CSCD 1992年第1期109-110,共2页

高温超导体的光电子学由于其有助于超导电性的解释和诱人的应用前景而受重视。我们首次在YBa₂Cu₃O_7-δ样品与金属针接触的结上观测到光生伏特效应。样品的临界温... 高温超导体的光电子学由于其有助于超导电性的解释和诱人的应用前景而受重视。我们首次在YBa₂Cu₃O_7-δ样品与金属针接触的结上观测到光生伏特效应。样品的临界温度T_c=92K,置于液氮杜瓦中,温度可变（77K至室温）。金属针材料用了铂、钨、铜和金,它们的热电势和逸出功各不相同。光源用45mW的He—Ne激光器,光照在结的位置上。针和超导体的引线连到数字微伏表上,测量中以针的那端作零电压参考; 展开更多

关键词 高温超导体 伏特效应 数字微伏表 热电势 温差电势 金属针 北京大学 光电子学 光生伏特 临界温

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铁电畴层波的伏特效应

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作者 熊和金 李兴教 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1996年第5期316-318,共3页

铁电１８０°畴结构在超声波作用下将被诱导出铁电畴层波。在平行于畴壁的两个表面上，铁电畴层波电势数值不相等，在两表面之间有电势差，它提供了一个电动势。

关键词 铁电畴层波 伏特效应 色散 波场分布

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Mg:Fe:LiNbO_3晶体的光折变和光生伏特效应

13

作者 温金珂 汪洪 +2 位作者 朱亚平 唐燕生 王华馥 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 1989年第3期222-224,共3页

本文研究了富锂 LiNbO_3:Mg:Fe 晶体的光折变和光生伏特效应,并与 LiNbO_3:Fe 和 LiNbO_3:Mg 晶体进行了比较。研究结果表明,富锂 LiNbO_3:Mg:Fe 晶体的光折变性能、光生伏特电流和光电导均与富锂 LiNbO_3:Mg 相近,而与 LiNbO_3:Fe 的... 本文研究了富锂 LiNbO_3:Mg:Fe 晶体的光折变和光生伏特效应,并与 LiNbO_3:Fe 和 LiNbO_3:Mg 晶体进行了比较。研究结果表明,富锂 LiNbO_3:Mg:Fe 晶体的光折变性能、光生伏特电流和光电导均与富锂 LiNbO_3:Mg 相近,而与 LiNbO_3:Fe 的差别很大。 展开更多

关键词 铌酸锂 晶体 光折变 光生伏特效应

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^(63)Ni辐射伏特同位素电池原型的研制 被引量：7

14

作者 张华明 胡睿 +3 位作者 王关全 高晖 刘国平 罗顺忠 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期490-496,共7页

利用理论研究获得的换能单元参数制备了单晶硅基换能单元,确定了63 Ni的加载工艺和原型电池的封装材料配方与技术,通过加速热老化和温度交变考核了原型电池的性能。结果表明:所制备的63 Ni辐射伏特效应微型同位素原型电池的短路电流Isc... 利用理论研究获得的换能单元参数制备了单晶硅基换能单元,确定了63 Ni的加载工艺和原型电池的封装材料配方与技术,通过加速热老化和温度交变考核了原型电池的性能。结果表明:所制备的63 Ni辐射伏特效应微型同位素原型电池的短路电流Isc、开路电压Voc、最大输出功率Pmax和衰变能-电能转换效率η分别为5.97nA、88.0mV、0.255nW和0.561%;原理样机稳定输出超过220d。 展开更多

关键词 ^63Ni源 辐射伏特效应 衰变能-电能转换 微型同位素原型电池

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氚钛源膜电子出射特性及衰减效应的预测与验证

15

作者 郭忠晟 窦志昂 +1 位作者 占勤 杨洪广 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期297-304,共8页

为研究辐射伏特效应氚核电池中氚钛源膜电子出射特性及其随时间的性能衰减,对源膜内氚衰变电子的输运与出射行为进行了深入研究。通过捕捉拟合及离散化处理获取离散型数字化氚衰变电子能谱,采用蒙特卡罗方法对源膜表面活度密度和电子出... 为研究辐射伏特效应氚核电池中氚钛源膜电子出射特性及其随时间的性能衰减,对源膜内氚衰变电子的输运与出射行为进行了深入研究。通过捕捉拟合及离散化处理获取离散型数字化氚衰变电子能谱,采用蒙特卡罗方法对源膜表面活度密度和电子出射功率的自吸收效应及衰减效应进行分析。同时,通过氚成像法的样品检测,验证模拟模型的可靠性。研究结果表明,随着源膜厚度增加,电子出射能谱峰值向高能区偏移直至8 keV附近;膜厚增加,导致自吸收效应增强、氚源能量浪费,源膜厚度不宜超过1000 nm;在特征参数(1000 nm厚、T/Ti比=1.9)下氚钛源膜具有519.5 mCi/cm^(2)的总活度密度,理论上可提供46.6 mCi/cm^(2)的表面活度密度以及2243.9 nW/cm^(2)的电子出射功率密度;考虑氚的衰减效应,特征参数源膜使用15 a后可提供约1000 nW/cm^(2)的电子出射功率密度。 展开更多

关键词 辐射伏特效应氚核电池 氚钛源膜 蒙特卡罗模拟 氚成像法 自吸收效应 衰减效应

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同位素电池研发与应用进展 被引量：1

16

作者 汪进 魏世平 +10 位作者 金鸣 李春京 马智欣 王伟 李亚洲 王芳 洒荣园 闫少健 胡源 吴宜灿 凤麟核团队 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期224-232,共9页

放射性同位素电池因其在特定应用领域具有不可替代性和巨大的战略意义,而受到世界先进国家政府、学术界与工业界的广泛关注。本文首先介绍了同位素电池的应用现状,然后从同位素电池研发历史、最新进展和技术瓶颈等方面介绍了同位素电池... 放射性同位素电池因其在特定应用领域具有不可替代性和巨大的战略意义,而受到世界先进国家政府、学术界与工业界的广泛关注。本文首先介绍了同位素电池的应用现状,然后从同位素电池研发历史、最新进展和技术瓶颈等方面介绍了同位素电池研究进展,最后讨论了同位素电池未来重点研发方向并对我国同位素电池发展提出现实可行的建议,以期望实现我国同位素电池技术快速超车和到达世界一流水平。 展开更多

关键词 同位素电池 温差发电 辐射伏特效应

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使用太阳电池阵列的皮卫星姿态确定方法 被引量：12

17

作者 李东 李玉芳 +1 位作者 金仲和 王跃林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第z1期87-92,共6页

卫星在轨飞行时,短时间内可以将日光看作方向不变的平行入射光源.以此入射光作为参考方向,利用皮卫星表面贴装的太阳电池阵列充当姿态敏感器,对其输出信号进行采样处理,解算了卫星姿态.文中给出与该方法有关的计算理论,并以实验测试数... 卫星在轨飞行时,短时间内可以将日光看作方向不变的平行入射光源.以此入射光作为参考方向,利用皮卫星表面贴装的太阳电池阵列充当姿态敏感器,对其输出信号进行采样处理,解算了卫星姿态.文中给出与该方法有关的计算理论,并以实验测试数据为依据,针对一种26面体构形的皮卫星电池阵列配置方案,定量分析了太阳参考矢量的解算精度(≤4°)、可解概率、以及最终定姿误差.此方法体现了当前微小卫星领域中"结构复用"的设计思想. 展开更多

关键词 皮卫星 姿态确定 太阳电池阵列 光生伏特效应 结构复用

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LED芯片在线检测方法研究 被引量：8

18

作者 尹飞 李平 +3 位作者 文玉梅 李恋 毋玉芬 张鑫 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期869-874,共6页

对于封装过程中的LED芯片的检测目前还没有行之有效的方法,基于p-n结的光生伏特效应和法拉第定律,提出一种非接触式的针对LED封装过程中芯片质量及芯片与支架之间连接状态的检测方法。根据实际LED芯片所处的闭合短路状态,感应回路由绕... 对于封装过程中的LED芯片的检测目前还没有行之有效的方法,基于p-n结的光生伏特效应和法拉第定律,提出一种非接触式的针对LED封装过程中芯片质量及芯片与支架之间连接状态的检测方法。根据实际LED芯片所处的闭合短路状态,感应回路由绕在高磁导率条形磁芯上的多匝线圈构成。磁芯采用不同搭接方式以提高检测的信噪比,根据实验结果确定了磁芯的最佳搭接方式。实验结果表明,该方法具有较高的检测精度,可以实现对闭合短路状态微安量级光生电流的检测。计算结果与实验结果吻合较好。 展开更多

关键词 LED芯片 在线检测 p-n结光生伏特效应 法拉第定律 磁芯

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LED芯片非接触在线检测方法 被引量：5

19

作者 李恋 李平 +1 位作者 文玉梅 尹飞 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期760-764,共5页

目前LED封装过程中由于缺乏有效的检测方法,导致产品的次品率较高。本文根据pn结的光生伏特效应,提出了一种针对LED封装半成品的非接触在线检测方法。该方法通过测量pn结光生伏特效应在引线支架中产生的光生短路电流,分析LED芯片功能状... 目前LED封装过程中由于缺乏有效的检测方法,导致产品的次品率较高。本文根据pn结的光生伏特效应,提出了一种针对LED封装半成品的非接触在线检测方法。该方法通过测量pn结光生伏特效应在引线支架中产生的光生短路电流,分析LED芯片功能状态及芯片与引线支架间的电气连接情况。在检测短路电流时,根据LED封装支架结构,采用互感原理实现非接触测量,克服了接触式测量的缺陷,提高了检测精度。研究表明,对红、黄、绿等各种颜色的LED,该方法都能快速有效地完成在线检测。 展开更多

关键词 LED 非接触检测 在线检测 光生伏特效应 封装

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一种LED芯片在线非接触检测系统 被引量：1

20

作者 张鑫 李平 +3 位作者 文玉梅 毋玉芬 李恋 尹飞 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1273-1276,共4页

本文介绍了一种发光二极管(LED)芯片非接触在线检测系统。阐述了检测系统工作原理及检测系统构成。系统采用C8051F020单片机进行控制,利用LED p-n结的光生伏特效应,通过对光生伏特效应中产生的光生短路电流的测量,实现对LED芯片质量及... 本文介绍了一种发光二极管(LED)芯片非接触在线检测系统。阐述了检测系统工作原理及检测系统构成。系统采用C8051F020单片机进行控制,利用LED p-n结的光生伏特效应,通过对光生伏特效应中产生的光生短路电流的测量,实现对LED芯片质量及芯片与引线支架电气连接状态的检测。通过对常用LED芯片测量的实验结果表明,该系统能快速有效的对封装过程中的LED芯片状态进行非接触检测。 展开更多

关键词 LED芯片 光生伏特效应 非接触检测 在线检测 单片机

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