摘要：基于pn結(jié)的光生伏特效應(yīng)，本文研究了一種非接觸式LED芯片在線檢測方法。通過測量pn結(jié)光生伏特效應(yīng)在引線支架中產(chǎn)生的光生電流，檢測LED封裝過程中芯片質(zhì)鍍及芯片與支架之間的電氣連接狀態(tài)。通過分析pn結(jié)光生伏特效應(yīng)的等效電路，詳細(xì)論述了半導(dǎo)體材料的各種參數(shù)及等效電路中各電參數(shù)與支架上流過的光生電流的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)對各種不同顏色的LED樣品進(jìn)行了測量。研究表明，該方法可以實(shí)現(xiàn)LED芯片的在線檢測，有較大的應(yīng)用價(jià)值。

　　1 引言

　　發(fā)光二極管(LED)以其體積小、響應(yīng)速度快、壽命長、可靠性高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于指示、顯示、普通照明等領(lǐng)域^[1-3]。隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，提高LED產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，降低其生產(chǎn)成本成為不可忽視的問題，因此LED生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測顯得尤為重要。

　　目前對LED的檢測主要集中在封裝前的晶片檢測及封裝完成后的成品檢測。晶片檢測主要是針對LED的核心結(jié)構(gòu)pn結(jié)的檢測，包括EBIC(electronbeam induced current)^【4-5】別、OBIC(optical beam in—duced current)^【6-7】、SPV(surface photovohaic)^【8】及SQUID(superconducting quantum interference device)法^[9-10]等。其中EBIC、OBIC和SPV法都是基于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，通過接觸式測量電子束或者光激勵(lì)半導(dǎo)體產(chǎn)生的電流或電壓的變化規(guī)律來檢測半導(dǎo)體器件的參數(shù)、功能及工作狀態(tài)。SQUID法則是通過非接觸方式測苣光電流產(chǎn)生的磁場分布來實(shí)現(xiàn)pn結(jié)的檢測，但由于磁場變化極其微弱，必須采用超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)(SQUID)，檢測儀器系統(tǒng)構(gòu)成非常復(fù)雜，且價(jià)格昂貴。這幾種方法都不適用于大批量牛產(chǎn)的在線應(yīng)用。目前在LED生產(chǎn)過程中在線應(yīng)用的測量方式都是針對封裝完成后的成品檢測，如LED分光分色機(jī)等。成品檢測能夠較好地測量LED產(chǎn)品的各種參數(shù)和特性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的分級，但是不能及早地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量問題，無法阻斷次品的后續(xù)加丁過程，造成材料的浪費(fèi)，因此研究一種能在LED生產(chǎn)過程中在線檢測的方法顯得非常必要。

　　針對封裝過程中存在的諸多缺陷(如芯片失效、固晶膠連和焊接質(zhì)量問題等)，本文提出一種應(yīng)用于LED封裝過程中的非接觸在線檢測方法，通過測量pn結(jié)光生伏特效應(yīng)在其引線支架中產(chǎn)生的光生電流，分析LED封裝過程中芯片質(zhì)量及芯片與支架之問的電氣連接狀態(tài)|11J。本文就是在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析pn結(jié)光生伏特效應(yīng)的等效電路，詳細(xì)論述半導(dǎo)體材料的各種參數(shù)及等效電路中各電參數(shù)與支架上流過的光牛電流的關(guān)系，并通過實(shí)驗(yàn)分析這些參數(shù)對檢測結(jié)果造成的影響。

　　2　檢測原理

　　2．1 pn結(jié)光生伏特效應(yīng)

　　光生伏特效應(yīng)最早是由法國物理學(xué)家Becquerel提出來的。當(dāng)用適當(dāng)波長的光hv≥E_g，h為普朗克常量，礦為激勵(lì)光頻率，E_g為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度)照射非均勻半導(dǎo)體(如pn結(jié)等)時(shí)，由于內(nèi)建電場的作用(不加外電場)，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動勢(光生電壓)，對于pn結(jié)，光照產(chǎn)生的載流子各自向相反方向運(yùn)動，會在pn結(jié)內(nèi)形成自n區(qū)向P區(qū)的光牛電流。這種由內(nèi)建電場引起的光電效應(yīng)，稱為光生伏特效應(yīng)^[12]。光生電流I_L表示為：

式中：A為Pn結(jié)面積，q是電子電量，w是勢壘區(qū)寬度，L_n、L_p，分別為電子、空穴的擴(kuò)散長度，β是量子產(chǎn)額，即每吸收一個(gè)光子產(chǎn)生的電子一空穴對數(shù)，對于LED來說，β一般不大于1，P表示以光子數(shù)計(jì)算的平均光強(qiáng)度(即單位時(shí)間內(nèi)單位面積被半導(dǎo)體材料吸收的光子數(shù))，它可以通過式(2)獲得。