3 　實驗

　　3.1　實驗

　　實驗選用的激勵光源為一種藍色芯片黃色熒光粉的大功率白光LED，激勵光經過透鏡匯聚以增強照射在芯片表面的光強，為了便于觀察，激勵光源采用脈沖輸出方式，脈沖持續時間為5 ms。檢測的樣品包括紅色、黃色及綠色LED，所有芯片尺寸一致，為12 mil12 mil。由于支架上流過的光生電流非常小，測睦的電流，經調理電路后得到最終的檢測電壓信號。為了便于比較，實驗測量了流過支架的電流為1μA時最后獲得的檢測電壓信號的幅值約為13 mV。所有實驗都是在相同的照射條件及測量條件下實現的。

　　3.2　結果討論

　　實驗首先測量了不同顏色LED的檢測信號，如圖2所示。

　　圖2中橫坐標表示檢測時間，縱坐標表示經調理電路處理后的檢測電壓信號幅值。由圖2可以看出。在相同的實驗條件下，對于不同顏色的LED，最后獲得的檢測信號的幅值是不同的。根據2.1節的分析，這與LED材料和器件結構參數都有關系。實驗中選用的芯片的尺寸相同，因此不考慮pn結的結面積A的影響，而Ln、Lp>>ω，，勢壘寬度的影響也可以忽略，則影響檢測結果的主要參數是pn結的厚度d、電子、空穴的擴散長度Ln、Lp以及材料的吸收系數α。由于pn結本身的尺寸很小，不同LED的厚度α及擴散長度Ln、Lp不會差異很大，而吸收系數α會因為材料、摻雜濃度以及入射光的波長的不同有幾倍甚至幾個數量級的差異，因此本文認為，這是造成這里檢測結果不同的主要原因。圖2中，紅色LED的檢測幅值最大，黃色次之，綠色最小，這是因為，實驗中選用的激勵光源是藍色芯片黃色熒光粉的白光LED，紅色LED的波長最長，能吸收激勵光源中的幾乎所有波長成分，黃色LED只能吸收藍光成分及部分黃光成分，而綠色LED，由于其波長小于激勵光源中的黃光成分，吸收的光子數最少，因此產生的光生電流最小，最終的檢測電壓值也越小，這與2.1節中理論分析結果的第1)條是一致的。

　　圖3表示同種材料同種類型，功能完好且連接狀態良好的紅色LED i個不同樣品的檢測結果隨激勵光強度變化的情況。三個樣品是從引線支架連接在一起的20個LED巾隨機抽取的。為了便于觀察，檢測的電壓信號幅值已換算成光激勵pn結時產生的光生電流IL。

　　由圖3可知。三個樣品在相同的光照下產生的光生電流是很接近的，并且光生電流IL與光照強度P0成正比，幾個樣品之間的固定誤差可能是因為光照位置的微小偏差造成的。當激勵光功率為2 mW時，產生的光生電流大約為96μA，這比理論計算值小5μA，這是因為理論計算時未考慮LED串聯電阻的影響，兇此可以認為實驗與2.1節中理論分析結果第2)條和第3)是符合的。

　　在圖l所示的等效電路中，Rs2也與負載RL是串聯的，由于電極的電阻以及電極和結之間的接觸電阻Rs2很難直接測量，因此實驗中通過串聯不同的負載電阻RL，來模擬接觸電阻Rs對檢測結果造成的影響。在激勵光功率為2 mw時(此時產生的光生電流IL約為96μA)，得到圖3中樣品1l流過負載的電流I與負載電阻RL的變化關系。如圖4所示。

　　由圖4可知，隨著外加負載RL的增大，流過負載的電流越來越小，尤其從圖4(b)可以看出，當外加負載為0時，負載電流為96μA，而當負載電阻變化到0.4Ω，負載電流下降到7lμA，下降率達26%，由于串聯電阻Rs的值無法準確估計，因此實驗結果與2.2結中理論計算的值有差異。實驗與理論都表明，接觸電阻Rs的微小變化會使支架上流過的電流I產生很大的改變。對于功能完好的LED芯片，通過測肇支架上流過的光生電流I可以計算得到I,ED的串聯電阻Rs,若串聯電阻值無窮大，則芯片與電極之間可能出現了脫膠、漏焊或者焊絲斷裂問題，若串聯電阻與正常連接狀態下的串聯電阻有大的差異，則芯片與電極之間可能出現其它的焊接問題，如虛焊，重復焊接等。因此，通過分析支架上流過的光生電流值，可以檢測LED封裝過程中芯片與引線支架之間的電氣連接狀態。

　　4 結論

　　針對LED封裝過程巾急需解決的產品質量檢測問題，基于pn結的光生伏特效應，研究了一種非接觸式的LED芯片在線檢測方法。通過測量pn結光生伏特效應在引線支架中產生的光生電流，檢測LED封裝過程中芯片質量及芯片與支架之問的連接狀態，并進一步分析了pn結光生伏特效應的等效電路，詳細論述了半導體材料的各種參數及等效電路中各電參數與支架上流過的光生電流的關系，以及這些參數對檢測結果造成的影響。實驗結果表明，對不同顏色的LED，在相同的激勵條件下，由于LED材料及結構參數的不同，測量的光生電流值有很大差異。而對于相同顏色同種類型的不同LED，由于芯片本身質量或者其電氣連接狀態的影響，也存在一定的差異，根據這種差異就可以分析LED封裝過程中芯片質量及芯片與支架之間的電氣連接狀態。研究表明，該方法可以實現LED芯片的在線檢測，有較大的應用價值。

　　參考文獻

　　[1]STEIGERWALD D A，BHAT J C，COLLINS D，et a1.Illumination with solid state lighting technology[J].IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，2002，8(2)：310-320.

　　[2]MUTHU S.CHUURMANS F J P S.PASHLEY M D.Red，Green，and Blue LED8 for white light illumination[J].IEEE Journal of Selected Topics in Quantmn Electronics。2002，8：333338.

　　[3]PERALTA S，RUDA H.Applications for advanced solidstate lamps[J].IEEE Industry Applications Magazine，1998，4(4)：3l-42.

　　[4]WU D.ONG V K S.Determination of material parame.ters from regions close to the collector using electronbesxn.induced current[J].IEEE Trans.on Electron De.vices.20-23，1996：111114.

　　[5]RAGHUNATHAN R.BALIGA B J.EBIC investigation of edge termination techniques for silicon carbide power devices[C].Power Semiconductor Devices and ICs，1996.ISPSD796 Proceedings.8th International Symposiamon。1996：111.114.

　　[6]SEIGO I，HIDEO M.Failure analysis of wafer using backside OBIC method[J].Microelectronics and Reliability，1998，38(68)：993-996.

　　[7]TAKESHITA T。SUGO M.SASAKI T，et a1.Failure analysis of InGaAs/GaAs strained..Layer quantum..well Isser$ using a digital OBIC monitor[J].IEEE Trans.Electron Devices，2006，53(2)：21 l-217.

　　[8]ChIANG C L.WAGNER S.On the theoretical basis of the surface photovoltage technique[J].IEEE Trans.on Electron Devices.ED_32.1985：1722-1726.

　　[9]DAIBO M，SHIKODA A，YOSHIZAWA M.Non-contact evaluation of semiconductors using a laser SQUID microscope[J].Physica C，372-376，2002：263-266.

　　[10]DAlBO M，KIKUCHI T，YOSHIZAWA M.Minority carrier diffusion length measurements of semiconductors Using a muhiwavelength laser SQUID microscope[J].IEEE Trans.on Applied Superconductivity，2003，13(2)：223-226.

　　[11]李戀，李平，文玉梅，等.LED芯片非接觸在線檢測方法[J].儀器儀表學報，2008，29(4)：760-764.U L，U P，WEN Y M，et a1.Online noncontact faultdetection method of LED chips[J].Chinese Journal of Scientific Instrument。2008，29(4)：760-764.

　　[12]MILES R W，HYNES K M，FORBES 1.Photovohaic SOlar cells：an overview of state.of-theart cell development and environmental issues[J].Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials，2005，5 1(1-3)：l 42.

　　[13]Donald A N.Semiconductor physics and devices-basic principle(Third Edition)[M].Beijing：Publishing House of Electronics Industry.2005：432436.

　　[14]THOMAS L.Optoelectronic saturation behavior of a p-n junction[J].IEEE Journal of Quantum Electronics，1980，5(3)：QE16.

　　作者簡介

　　李戀，2003年于重慶大學獲得學十學位，2005年至今在重慶大學攻讀博士學位，主要研究方向是半導體檢測。

　　李平。現為重慶大學光電T程教授、博士生導師，主要研究方向為傳感技術、能量采集和半導體照明等。

采用光生伏特效應的LED芯片在檢測方法上的研究(上)