DISPOSITIVOS ELECTROLUMINISCENTES
CAPACITORES DIODOS EMISORES DE LUZ
CORRIENTE ALTERNA
CORRIENTE DIRECTA
LEDINORGÁICO
LED ORGÁNICOOLED
POLVOACPEL
PELICULA DELGADAACTFEL
POLVODCPEL
PELICULA DELGADADCTFEL
MOLECULASPEQUEÑAS
POLÍMEROS
LÁMPARAS ELECTROLUMINISCENTES FLEXIBLES.
Las lámparas electroluminiscentes convierten la energía eléctrica de corriente alterna en luz, cuando se le aplica una diferencia de potencial de entre 100 a 800 Vpp, en un rango de frecuencia de 100 a 5000 Hz .
Características: - Bajo consumo de energía, - No utilizan materiales peligrosos- No hay filamentos que se rompan- No emiten calor, son fríos al tacto- No requieren mantenimiento- Altamente visible en la oscuridad, humo y niebla etc.-Flexibles.
Aplicaciones en iluminación de teléfonos celulares, relojes, paneles de control, decoración arquitectónica, etc.
Caracterización de una lámpara electroluminiscente: Estructura
Apagada
Activada
2cm
EstructuraCapa de fósforo
3DUWtFXODVGHIyVIRUR
7LWDQDWRGHEDULR
$ OXP LQLR
3ROLpVWHU
Ï [ LGRGHLQGLR\ HVWDxR
3HJDP HQWR
3HJDP HQWR
&DSDRUJi QLFD
3ROLpVWHU
3ROLpVWHU
3HJDP HQWR
Ï [ LGRGH,QGLR\ HVWDxR,72
3DUWtFXODVGHIyVIRUR 7LWDQDWRGHEDULR
$OXP LQLR
3ROLpVWHU
5DQXUD
3HJDP HQWR
&DSDRUJi QLFD
Eficiencia 85%
Caracterización de una lámpara electroluminiscente: Voltaje y luminancia
Diagrama a bloques para medición de luminancia
2cm
* HQHUDGRUGHIRUP DGHRQGDDUELWUDULD
( VSHFWUyP HWUR 8 6%
&LUFXLWR( TXLYDOHQWH / i P SDUD$ &3( /
) RWRWUDQVLVWRU 97
/ X[ yP HWUR / 0
-
9
9
9
9
,
5 V
&V
5 S
&S
5 OLP
2 VFLORVFRSLR
$ 0 3
&XDGUDGD %LSRODU &5 6HQRLGDO 5 DP SD 2 QGD
) UHF
N+]
N+]
N+]
Comportamiento de picos de luminancia a diferentes frecuencias con diferentes formas de onda
Frecuencia
(kHz)
Cuadrada
L ɳ
SR
L ɳ
Bipolar
L ɳ
Senoidal
L ɳ
Rampa
L ɳ 0.5 9.84 0.16 6.88 0.17 5.55 0.21 5.83 0.17 4.55 0.171.0
15.95 0.22 12.64 0.23 8.05 0.29 9.14 0.23 6.88 0.225.0
37.46 0.41 25.43 0.41 13.08 0.44 21.55 0.41 12.22 0.35
Tabla de eficiencia de la lámpara electroluminiscente
/ RQJLWXGGHRQGDQP
( VSHFWURSURSRUFLRQDGR SRUIDEULFDQWH
( VSHFWURREWHQLGRFRQHVSHFWUyP HWUR8 6%
,QWH
QVLG
DGDX
Espectro luminoso
Construcción del sistema para deposición de materiales Magnetrón sputtering
9HQWDQDGH&XDU] R ( QWUDGD6DOLGD
GHVXEVWUDWRV
) XHQWH&' SXOVDGD
) XHQWH&$ ELSRODUSXOVDGD
5 HDFWRU
0 DJQHWUyQ
6SXWWHULQJ
6RQGD GH$ OWR 9ROWDMH
6HQVRU GHSUHVLyQ
%RP ED 7XUERP ROHFXODU
&RQWURODGRU GHSUHVLyQ
9i OYXOD
9i OYXOD
9i OYXOD
Exterior Interior
Cátodo
Imanes
3ODVP D 6HQVRUGH
3UHVLyQ
&RQWURODGRU
ÈQRGR
/ HQWHV
6XEVWUDWR
,P DQHV
%ODQFRWDUJHW
&i WRGR
( VSHFWUyP HWUR
6RQGDGH ) LEUDÏ SWLFD
' LVWDQFLD $ MXVWDEOH
) XHQWH&$ ELSRODUSXOVDGD
%RP ED 0 HFi QLFD
%RP ED 7XUERP ROHFXODU
5 HDFWRU0 DJQHWUyQ 6SXWWHULQJ
4 4
9 ' 9 ' vd
id
& 9
/ 7
$U
2
0 HFDQLVP RSDUD GHVSOD] DUHOi QRGR
9HQWDQD GHFXDU] R
/ tQHDVHVSHFWUDOHV
Diagrama a bloques del sistema Magnetrón sputtering en modo reactivo
Tipos de fuentes para magnetrón sputtering
$ U
$ U
$ U
$ U
$ U
9
9-
H- H-
H-
H-
H-
%ODQFRWDUJHW %ODQFRWDUJHW
6SXWWHULQJ 1 RUP DO
/ LP SLH] D GHFDUJDV
) XHQWH&' SXOVDGD
Fuente CD bipolar pulsadaFuente CA bipolar pulsada (Safi y Colaboradores)
Magnetrón sputtering de alto impulsoHIPIMS o HPPMS
Fuente AC Bipolar Pulsada
Desarrolladas en esta investigación
DC bipolar pulsa
9R
OWDM
HN9
-
-
7LHP SR V
- -
-
-
7LHP SR V
9R
OWD
MHN
9
-
-
-
- -
Fuente CA bipolar pulsada para Magnetrón Sputtering
Características Físicas;•Pocos elementos
•Tamaño compacto•Ligero
Eléctricas;Modo boost (pulsos)
Voltaje :100 V– 8 kVppFrecuencia :50-60 kHzModo cuasiresonante
SenoidalVoltaje :100 V– 4 kVppFrecuencia :130 kHz
Alta eficiencia
Ventajas en Sputtering•Ignición a presión baja
0.8-1.0 Pa con una distancia entre electrodos
de 40 a 50 mm
Desventajas•Requiere de otras fuentes
•Requiere enfriamiento
Circuito esquemático
V I
9R
OWD
MH9
-
-
7LHP SR V
-
-
&R
UULH
QWH
P$
9R
OWDM
H9
-
-
-
V I
7LHP SR V
-
-
-
&R
UULH
QWH
P$
-
Formas de onda
Fuente CD bipolar pulsada para Magnetrón Sputtering
Características:
Eléctricas;Voltaje variable:0-400 +VCD y 0-1000 -VCDFrecuencia :5-80 kHzCiclo de trabajo: 5 -95 %
Ventajas Sputtering•Se pueden variar el ancho del pulso lo que ayuda a la ignición•Los electrodos se calientan ligeramente en el proceso (20-30 min)
Desventajas•Ignición a presión mediana 2.0-3.0 Pa con una distancia entre electrodos de 30 a 40 mm•Requiere de otra fuente y dos pilas de 9v
9R
OWD
MHN
9
-
-
7LHP SR V
- -
-
-
Diagrama a bloques
Forma de onda9
ROW
DMH
9
-
-
-
-
7LHP SR V - -
&R
UULH
QWH
P$
-
-
-
-
Aplicaciones de la fuente bipolar pulsada en plasma no térmicos de baja potencia
Descargas luminosas en soluciones salinas
Descargas luminosas en Magnetrón Sputtering Descarga luminosa en un reactor
de Barrera dielectrica
Descarga luminosa en líquidos
Eficiencia 89%
&R
UULH
QWH
P$
V I
-
-
-
-
- - -
-
-
-
-
9R
OWD
MHN
9
7LHP SR V
Eficiencia 85%
Depósitos obtenidos con sistema magnetrón sputtering
Aleación en modo reactivo
Metálico
Dieléctrico
TiposCapas dispositivo
Aluminio Aluminio/cobre
Zinc
Depósitos de Zinc, oxido de zinc y zinc/aluminio en substratos flexibles
Sustratos flexibles
Deposito de electrodo conductivo transparente TCO
DisplayCeldas Solares
Electroluminiscentes
Depósitos obtenidos de Zinc, Oxido de zinc y zinc/aluminio en modo reactivo
Condiciones de deposición:Gas: Argón/oxigenoPresión trabajo: 0.6 – 1.0 Pa (4 mTorr)Blanco: zinc /aluminioDistancia entre los electrodos: 50 mm.Frecuencia: 50 kHzTiempo pre ionización: 5- 10 minutosTiempo deposición: 5- 10 minutos
Ï [ LGRGH=LQF
=LQF
&i WRGR
%ODQFR
=LQF-$OXP LQLR
$OXP LQLR
Medición de resistividad
Electrodo conductivo transparente obtenido con AC pulsada.
Elemento Línea Espectro %Elemento %AtómicoO K ED 66,9970691 88,66345Al K ED 1,40424222 1,101919Zn K ED 31,5986902 10,23463
Tabla de porcentaje de elementos
Condiciones de deposición:Gases: flujo argón 420 sccm flujo oxigeno 10 sccmPresión trabajo: 0.6 – 1.0 Pa (4 mTorr)Blanco: zinc /aluminioDistancia entre los electrodos: 50 mm.Frecuencia: 50 kHzTiempo pre ionización: 10 minutosTiempo deposición: 5 minutos
Resistividad de 500 mΩcm
Espectro ESD
Micrografía de la estructura del electrodo
Estudios de espectroscopia con espectrómetro irH550
Sistema de medición de espectroscopia para el reactor magnetrón sputtering
( VSHFWUyP HWUR
5 HDFWRU 0 DJQHWUyQ
9HQWDQD GHFXDU] R
3UR\ HFFLyQGH GHVFDUJDOXP LQRVD
9 i OYXOD
9 i OYXOD
( QWUDGD* DVHV
Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con espectrómetro USB 4000
Flujo de argón :520 sccm y oxigeno: 20 sccm
Flujo de oxigeno: 300sccm y Argon 20 sccm
Espectro luminoso Ar/02
Espectro luminoso 02
,QWH
QV
LGD
G$
8
/ RQJLWXGGHRQGDQP
$ U
$ U
=Q
$ U
$ U
$ U
$ U
=Q $ O
2
$ U
,QWH
QV
LGD
GD
X
/ RQJLWXGGHRQGDQP
2
2 2
$ O $ O $ U =Q
Elemento Longitud de
onda ( nm)
Niveles de
Energía (Ei- EK)
Argón I 750.39 13.48-11.83
Argón I 751.47 13.27-11.62
Argón I 763.51 13.17-11.55
Argón I 772.38 13.15-11.55
Oxigeno 777.19 10.74-9.15
Oxigeno 777.42 10.74-9.15
Aluminio 394.40 3.14-0.0000
Zinc 481.0. 3.2 -0.0000
Elementos analizados
Belkind y colaboradores utilizaron líneas espectrales sputtering con depósitos de aluminio y titanio en mezcla de argón y oxígeno [Be-
2005].
Elemento Longitud de
onda ( nm)
Niveles de
Energía (Ei- EK)
Argón I 620 13.48-11.83
Aluminio 520 3.14-0.0000
Aluminio 600 3.14-0.0000
Oxigeno 777.42 10.74-9.15
Oxigeno 849.4 10.74-9.15
Zinc 631..0. 3.2 -0.0000
Espectro luminoso obtenido con irH550 a diferentes potencias
Elemento Longitud de
onda ( nm)
Niveles de
Energía (Ei-
EK)
Aluminio 360.30 3.14-0.0000
Elemento Longitud de
onda ( nm)
Niveles de
Energía (Ei-
EK)
Zinc 429.9 3.2 -0.0000
Efecto indeseable con rediseño del cátodo
Elemento Longitud de
onda ( nm)
Niveles de
Energía (Ei-
EK)
Argón 749.13 3.14-0.0000
Elemento Longitud de
onda ( nm)
Niveles de
Energía (Ei-
EK)
Argón 75730 3.14-0.0000
Se analizaron los elementos zinc, aluminio y argón,
comportamiento lineal conforme aumenta la potencia de 20 a 40 W
Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con diferentes potencias
Se analizó los elementos de: zinc, aluminio, argón y oxigeno con potencias
de 21, 39 y 56 W Existe estabilidad en el proceso con el
incremento de potencia.
Elemento Longitud ( nm)
Aluminio IV 360.20
Aluminio I 394.4
Elemento Longitud ( nm)
Argón I 750.3
Argón I 751..4
Argón I 763.5
Argón I 772.3
Elemento Longitud ( nm)
Zinc I 429.95
Elemento Longitud ( nm)
Oxigeno I 777.4
Oxigeno I 777.6
Fuente de poder bipolar pulsada
7
4 4
9 '
&
/ LQ
9 '
9LQ
&RQWURODGRU
&DUJD
/ U
Circuito push pull básico9 '
7LHP SR
7LHP SR
7LHP SR
7LHP SR
7LHP SR
7LHP SR
1RUP DO
%RRVW
%XFN
9 9 9ROWDMHGHVDOLGD
IU IV
IU! IV
IUIV
IU IV
IU! IV
IUIV
9 ' 9 '
D D
E E
F F
9ROWDMHHQHOGUHQDMHGHORVWUDQVLVWRUHV
Modos de operación del Circuito inversor CFPPRI [Gu-1993]
Diagrama a bloques de la fuente de corriente alterna bipolar pulsada controlada por el PIC 16HV785
3: 0 3: 0 ' ULYHUV
&RQYHUWLGRU&$ D' &
) LOWUR &$
3,&+9
5 HWURDOLP HQWDFLyQ $ ' &
( WDSD 3XVK3XOO &DUJD
9
5HGGH $ FRSODP LHQWR
&RP SDUDGRU 9ROWDMH
UHIHUHQFLD
5 HGGH SURWHFFLyQ 6QXEHU
LB 1mH
C1
20uF
S1
V3
180V
A
B
C
D
R2
100m
D1 S2 S3
C2
1uF
R1100k
RA0/AN0/C1IN+/ICSPDAT19
RB7/SYNC10
RC0/AN4/C2IN+ 16
RC1/AN5/C12IN1-/PH1 15
RC2/AN6/C12IN2-/OP2 14
RC3/AN7/C12IN3-/OP1 7
RC4/C2OUT/PH2 6
RC5/CCP1 5
RC6/AN8/OP1- 8
RA4/AN3/T1G/OSC2/CLKOUT3
RA5/T1CKI/OSC1/CLKIN2
RB4/AN10/OP2-13
RB5/AN11/OP2+12
RB611
RA1/AN1/C12IN0-/VREF/ICSPCLK18
RA3/MCLR/VPP4RA2/AN2/T0CKI/INT/C1OUT17
RC7/AN9/OP1+ 9
U1
PIC16HV785
R3
47k
R410k
R5
10k
R610kR7
220
R8
100
+88.8
Volts
R9
10k
R10
C3
1uF C4
1uFR11 22k
R12
22k
R13
D2
D3
D4
D5
D6
R1410k
D7
C51nF
Simulación con PROTEUS
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