專利名稱：一種led芯片/晶圓的非接觸式檢測方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種LED芯片/晶圓的檢測方法，特別是一種用于未封裝的單個 LED芯片或者有多個LED芯片的晶圓的非接觸式檢測方法。
背景技術(shù)：
LED ( Light Emitting Diode )以其固有的特點，如省電、壽命長、耐震 動，響應速度快、冷光源等特點，廣泛應用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照 明等領域，但是由于種種原因LED照明還不能普及化，其中價格昂貴是制約LED 照明光源普及化的主要因素，而LED芯片的封裝是LED成品生產(chǎn)的主要成本源， 只有提高封裝后的成品率，才能降低LED產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，這樣封裝前的芯片檢 測就是LED批量生產(chǎn)的一項必要的工藝程序。
美國發(fā)明專利US006670820B2公開了一種用于半導體材料及器件電致發(fā)光特 性檢測的方法和儀器。其檢測原理是在LED芯片的上下表面施加激發(fā)光，使PN 結(jié)結(jié)構(gòu)中的P區(qū)和n區(qū)中產(chǎn)生非平衡載流子；再在p區(qū)和n區(qū)之間施加一正向偏 置的電壓，形成牽引電場，吸引P區(qū)的空穴和n區(qū)的電子向中間的有源區(qū)運動， 然后在有源區(qū)發(fā)生輻射復合，產(chǎn)生復合發(fā)光，所加偏置電壓低于LED的導通門限， 對非平衡載流子即電子一空穴對的產(chǎn)生影響較小，可以忽略；用光接收器件如光 電二極管接收芯片有源區(qū)的復合發(fā)光，再結(jié)合激發(fā)光的強度和芯片的吸收系數(shù)， 計算出光生載流子的濃度，結(jié)合有源區(qū)的復合發(fā)光量和實際光注入并到達有源區(qū) 的載流子濃度，就可以定量分析出所測LED芯片的電致發(fā)光性能。該檢測屬于芯 片級檢測，并且需要直接接觸芯片施加偏置電壓。
中國發(fā)明專利申請02123646. 1公開了一種LED外延片電致發(fā)光無損檢測方 法。該發(fā)明公布為進行電致發(fā)光檢測，在外延片表面安置兩個電極，其一為固定 的負電極(接電源負極)，其二為正電極，將一高壓恒流源加在兩個電極之間， 通過將正電極在表面上移動完成整個外延片發(fā)光質(zhì)量的檢測，得到外延片整片的 電致發(fā)光質(zhì)量。通過該方法還可以得到正向?qū)妷?、反向漏電流等對于LED 外延片而言非常重要的電學參數(shù)。另外，中國發(fā)明專利申請01112096. 7公開了
3一種半導體基片品質(zhì)評價的方法和裝置。用一種激發(fā)光斷續(xù)照射待測半導體基片 表面，從而誘發(fā)半導體基片的光致發(fā)光，將基片的光致發(fā)光強度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?再由接收及檢測器件接收并檢測。通過外延片的光致發(fā)光平均強度的變化得到光 致發(fā)光的衰減時間常數(shù)，從而準確地評價半導體基片中的雜質(zhì)和缺陷。這兩個專 利都是針對LED外延片進行的檢測。
中國發(fā)明專利200510034935.2公開了一種發(fā)光二極管的自動化測試系統(tǒng)及 方法。該測試裝置可以測試封裝完成后的LED成品的電流電壓的電性參數(shù)，閘流 和光學參數(shù)。
中國實用新型專利02265834.3公開的發(fā)光二極管平均發(fā)光強度測試儀和中 國發(fā)明專利02136269. 6公開的發(fā)光二極管平均發(fā)光強度的測量裝置則主要針對 LED的發(fā)光光度進行測試。這幾種檢測技術(shù)都是針對LED成品進行檢測。
可以看到，目前已有的LED檢測方法及設備主要用于LED外延層檢測和成品 檢測。而對于LED芯片的檢測，由于檢測探針必須要接觸芯片，容易造成芯片的 污染甚至損壞，且測試探針本身為易耗件，增加了生產(chǎn)成本，因此較難為LED 大批量生產(chǎn)過程接受采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不直接接觸芯片的LED芯片/晶圓的檢測方法， 它能在LED芯片封裝前，LED晶圓切割前，不接觸LED芯片/晶圓本身而快速地 檢測LED芯片/晶圓的功能狀態(tài)和性能參數(shù)。
當光照射在PN結(jié)上，能量大于禁帶寬度的光子會激發(fā)本征吸收，在結(jié)的兩 邊產(chǎn)生電子空穴對。由于PN結(jié)勢壘區(qū)存在較強的內(nèi)建電場，結(jié)兩邊的光生少數(shù) 載流子受該場的作用，各自向?qū)Ψ絽^(qū)域方向運動。p區(qū)的電子向n區(qū)運動，n區(qū) 的空穴向p區(qū)運動，降低了PN結(jié)的勢壘，于是在PN結(jié)兩端形成光生電動勢，這 是PN結(jié)的光生伏特效應。當PN結(jié)一直處于開路狀態(tài)并受到光照射時，光生電荷 會在勢壘區(qū)蓄積，使PN結(jié)表現(xiàn)出電容特性。勢壘的降低破壞了 PN結(jié)內(nèi)部載流子 擴散運動和漂移運動之間原有的平衡。當光生載流子的運動電流密度和多數(shù)載流 子的擴散電流密度相等時，PN結(jié)兩邊建立起穩(wěn)定的電勢差P^，此時，光生載流 子的產(chǎn)生率等于電子空穴對的復合率。若光照不停止，光生載流子不斷產(chǎn)生，電 子空穴對也會不斷復合，復合就會引起LEDPN結(jié)的發(fā)光。因此在靜態(tài)光照射下， 只要光照不停止，PN結(jié)會有持續(xù)的自發(fā)光。然而，光照產(chǎn)生的電動勢始終是有 限的，若小于二極管的死區(qū)電壓，則正向電流非常小，LED的發(fā)光強度也將很弱，
4可能不能被檢測到。根據(jù)PN結(jié)的電壓-電流餘性，在正向偏壓大于閾值(等于死 區(qū)電壓值)后，其正向電流(多子擴散流密度)隨偏置電壓指數(shù)增加。若將恒 定光照產(chǎn)生的光生電動勢作為LED的直流偏置電壓，而利用一個交變磁場給LED 提供一個小的交流電壓，則多子擴散流的峰值將會大大提高，相應的發(fā)光的峰值 強度也會大大增強。并且通過交變磁場的交流干預，會產(chǎn)生交變的發(fā)光，從頻率 上可和激勵光(直流)相區(qū)別。
另一方面，若PN結(jié)受到脈沖光照射，根據(jù)LEDPN結(jié)的發(fā)光原理，在光照結(jié) 束的瞬間，光生電動勢將逐漸消失，蓄積的電荷會擴散，形成擴散電流，相當于 PN結(jié)電容的放電過程，這個瞬態(tài)過程中存在電子-空穴對的復合，因此會產(chǎn)生發(fā) 光。由于放電的過程極短，該發(fā)光過程是一個瞬態(tài)的過程。
本發(fā)明正是依據(jù)PN結(jié)光電特性和LED PN結(jié)的發(fā)光功能，通過檢測光照在LED 芯片的PN結(jié)上發(fā)生的光生伏特效應引起的自發(fā)光來實現(xiàn)對LED芯片功能狀態(tài)和 性能參數(shù)的檢測。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 一種LED芯片/晶圓的非接觸式檢測方法，其特征在 于它通過檢測控制和信號采集處理單元控制光源發(fā)射激勵光束照射在待測LED 芯片/晶圓的PN結(jié)上，光電轉(zhuǎn)換器檢測LED的PN結(jié)由于光照產(chǎn)生的自發(fā)光來實 現(xiàn)LED芯片/晶圓的檢測。
具體地說， 一種LED芯片/晶圓的非接觸式檢測方法，其特征在于它通過 檢測控制和信號采集處理單元控制光源發(fā)射激勵光束照射在待測LED芯片/晶圓 的PN結(jié)上，PN結(jié)上形成的自發(fā)光由會聚透鏡組會聚至光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器 將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入檢測控制和信號采集處理單元進行處理來實現(xiàn)對 LED芯片/晶圓的檢測。
上述光源是與待測LED —樣的LED光源或者波長小于待測LED波長的一切光源。
本發(fā)明還給出一種檢測方法，也就是上述方法中，在光照的同時，還將所 述PN結(jié)置于交變的磁場中，在PN結(jié)上形成的交變自發(fā)光，再由會聚透鏡組會聚 至光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入所述檢測控制和信號采 集處理單元進行處理來實現(xiàn)對LED芯片的檢測。
其中，激勵光是靜態(tài)光；上述產(chǎn)生交變磁場的交變磁場產(chǎn)生器與上述檢測 控制和信號采集處理單元電連接。
本發(fā)明再給出一種LED芯片的非接觸式檢測方法，其特點在于它通過檢測控制和信號采集處理單元控制光源發(fā)射激勵光束先透射過半透鏡組，再照射在 待測LED芯片的PN結(jié)上，半透/半反鏡組又將PN結(jié)上形成的自發(fā)瞬態(tài)光反射至 會聚透鏡組，會聚透鏡組再將光束會聚至光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換 成電信號，送入檢測控制和信號采集處理單元進行處理來實現(xiàn)對LED芯片的檢 測。
其中，激勵光束為脈沖光。
本發(fā)明具有的有益效果是-1、本發(fā)明可以對LED芯片/晶圓的PN結(jié)功能狀態(tài)進行檢測。
當LED芯片/晶圓PN結(jié)處于開路條件，LED的PN結(jié)受到光照射時，如果PN 結(jié)功能正常，伴隨著光生載流子的運動會產(chǎn)生多數(shù)載流子的擴散運動，處于激發(fā) 態(tài)的電子在半導體中運動一段時間后，又回到較低的能量狀態(tài)，并發(fā)生電子-空 穴的復合。對于LED，在復合過程中，電子主要以發(fā)光的形式釋放出多余的能量。 所以通過檢測LED PN結(jié)在光照下是否產(chǎn)生自發(fā)光，可以檢測PN結(jié)功能是否正常。
2、本發(fā)明可以不接觸LED芯片/晶圓實現(xiàn)對LED芯片/晶圓性能參數(shù)的檢測。
LEDPN結(jié)一直處于開路狀態(tài)并受到光照射時，光生電荷會在勢壘區(qū)累積，使 PN結(jié)表現(xiàn)出電容特性。當光照結(jié)束時，不再有光生載流子及其擴散運動，PN結(jié) 內(nèi)多數(shù)載流子的擴散和光生載流子運動的平衡被打破，光生電動勢將逐漸消失， 累積的電荷會擴散，形成擴散電流，相當于PN結(jié)電容的放電過程，這個瞬態(tài)過 程中仍然存在電子一空穴的復合，因此產(chǎn)生發(fā)光。發(fā)光強度與放電電流大小有關。 電流越大，則發(fā)光越強。由于結(jié)電容累積的電荷有限，放電過程是瞬態(tài)的，故發(fā) 光也是瞬態(tài)的。檢測LED PN結(jié)在放電過程中的瞬態(tài)發(fā)光過程，也可以檢測出LED 的性能參數(shù)，如PN結(jié)的功能正常與否，PN結(jié)的相關參數(shù)和PN結(jié)的發(fā)光效率等。


圖1是本發(fā)明實施例1非接觸式檢測方法的原理框圖； 圖2是圖1中檢測控制和信號采集處理單元的原理框圖； 圖3是圖2中光源驅(qū)動電路的一種實施電路； 圖4是本發(fā)明實施例2非接觸式檢測方法的原理框圖； 圖5是本發(fā)明實施例4非接觸式檢測方法的原理框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述，但本發(fā)明并不僅限于此。 實施例l:參見圖l， 一種LED芯片的非接觸式檢測方法，其特征在于它通過檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束4照射在待測LED 芯片2的PN結(jié)1上，PN結(jié)1上形成的自發(fā)光3由會聚透鏡組6會聚至光電轉(zhuǎn)換 器8，光電轉(zhuǎn)換器8將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入檢測控制和信號采集處理單元 9進行處理來實現(xiàn)對LED芯片的檢測。
上述激勵光束4可以是靜態(tài)光，也可以是脈沖光。
參見圖2，本例所采用的檢測控制和信號采集處理單元包括信號調(diào)理電路、 模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPU、顯示器、光源控制波形產(chǎn)生電路和光源驅(qū)動電路，其中信 號調(diào)理電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路A/D的輸入端相連；模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路A/D 的輸出端與CPU的輸入端相連；CPU的輸出端分別與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路A/D、光源控 制波形產(chǎn)生電路和顯示器的輸入端相連；光源控制波形產(chǎn)生電路的輸出端與光源 驅(qū)動電路的輸入端相連。工作時，信號調(diào)理電路與光電轉(zhuǎn)換器連接，光源驅(qū)動電 路控制光源產(chǎn)生激勵光線(靜態(tài)光或脈沖光)照射在LED芯片的PN結(jié)上。
參見圖3，它是本例中給出的具體的光源驅(qū)動電路；當然上述檢測控制和 信號采集處理單元中的信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光源控制波形產(chǎn)生電路 均可采用現(xiàn)有的常規(guī)電路。
上述檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束4 (靜態(tài)光) 以一定入射角度照射在待測LED芯片2的PN結(jié)1上，該入射角度根據(jù)會聚透鏡 的半徑選擇，入射光束應避免射到會聚透鏡上，大部分光束在所述芯片2上作用 后成為反射光5，透射進所述芯片2的部分光能使所述LED芯片的PN結(jié)1發(fā)生 光生伏特效應，形成光生電動勢，光生電動勢使勢壘降低，加速PN結(jié)中多數(shù)載 流子的擴散運動，引起復合，形成發(fā)光。會聚透鏡組6將PN結(jié)1的自發(fā)光3會 聚至光電轉(zhuǎn)換器8，光電轉(zhuǎn)換器8將光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入檢測控制和信號采 集處理單元9中進行分析若檢測到PN結(jié)的自發(fā)光，則PN結(jié)完好，否則PN結(jié) 功能不正常。
為了避免反射光5進入光電轉(zhuǎn)換器8，對自發(fā)光3的檢測造成干擾，可以 選擇發(fā)射脈沖光作為激勵光束4，這樣，在光照停止時，PN結(jié)1中蓄積在空間電 荷區(qū)的電荷以放電形式向結(jié)兩端擴散，引起瞬態(tài)自發(fā)光。會聚透鏡組6將PN結(jié) 1的瞬態(tài)自發(fā)光會聚至光電轉(zhuǎn)換器8，光電轉(zhuǎn)換器8將光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入 檢測控制和信號采集處理單元9中進行分析若檢測到PN結(jié)的瞬態(tài)自發(fā)光，則 PN結(jié)完好，否則PN結(jié)功能不正常。由于需要采集的光為瞬態(tài)光，且光強很弱， 為避免激勵光的干擾，以防光電轉(zhuǎn)換器8飽和，激勵光源7和光電轉(zhuǎn)換器8應以交替開關狀態(tài)工作，激勵光源7關斷，光電轉(zhuǎn)換器8才工作。 當然，這種方法也適用于LED晶圓的檢測。
實施例2:參見圖2 4， 一種LED芯片的檢測方法，其特征在于它通過 檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束4照射在待測LED芯片 2的PN結(jié)1上，光照的同時，將所述PN結(jié)置于交變的磁場ll中，PN結(jié)1上形 成的交變自發(fā)光3由會聚透鏡組6會聚至光電轉(zhuǎn)換器8，光電轉(zhuǎn)換器8將光信號 轉(zhuǎn)換成電信號，送入所述檢測控制和信號采集處理單元9進行處理來實現(xiàn)對LED 芯片的檢測。
本例中激勵光是靜態(tài)光；上述產(chǎn)生交變磁場的交變磁場產(chǎn)生器10與上述檢 測控制和信號采集處理單元9電連接。
上述檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束4 (靜態(tài)光) 照射在待測LED芯片2的PN結(jié)1上，大部分光束在所述芯片2上作用后成為反 射光5，透射進所述芯片2的部分光能使LED PN結(jié)1發(fā)生光生伏特效應，形成 光生電動勢。該電動勢是直流電壓，作為PN結(jié)1的直流偏置。光照的同時，交 變磁場產(chǎn)生器10產(chǎn)生一交變磁場11，將PN結(jié)1置于交變磁場中，在PN結(jié)1上 會產(chǎn)生交變的感生電動勢，使PN結(jié)1產(chǎn)生交變自發(fā)光3。會聚透鏡組6將PN 結(jié)1的交變自發(fā)光3會聚至光電轉(zhuǎn)換器8后送入檢測控制和信號采集處理單元9 進行處理。因為激勵光是靜態(tài)光，而PN結(jié)的自發(fā)光是交變光，因此易于處理。 若檢測到PN結(jié)的自發(fā)交變光，則PN結(jié)完好，否則PN結(jié)功能不正常。
當然，這種方法也適用于LED晶圓的檢測。
實施例3:參見圖1 4， 一種LED晶圓的檢測方法，它與實施例1和2相 同，所不同的是它通過檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束 4照射在待測LED晶圓的所有PN結(jié)上，且采用常規(guī)的面陣列光電檢測元件作為 光電轉(zhuǎn)換器。若檢測到PN結(jié)的自發(fā)光，則PN結(jié)完好，否則PN結(jié)功能不正常。
本例中的激勵光束4為靜態(tài)光。
實施例4:參見圖1 3， 一種LED晶圓的檢測方法，它與實施例1相同， 所不同的是它通過檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束4 順序掃描逐個照射在LED晶圓的每個PN結(jié)上。若檢測到PN結(jié)的自發(fā)光，則PN 結(jié)完好，否則PN結(jié)功能不正常。
本例中的激勵光束4為靜態(tài)光。
實施例5:參見圖2、 3和5， 一種LED芯片的檢測方法，其特點在于它通過檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束4透射過半透/半 反鏡組12，照射在待測LED芯片2的PN結(jié)1上，半透/半反/半反鏡12組又將 PN結(jié)1上形成的自發(fā)瞬態(tài)光3反射至會聚透鏡組6，會聚透鏡組6再將光束會聚 至光電轉(zhuǎn)換器8，光電轉(zhuǎn)換器8將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入檢測控制和信號采 集處理單元9進行處理來實現(xiàn)對LED芯片的檢測。 本例中的激勵光束4為脈沖光。
上述檢測控制和信號采集處理單元9控制光源7發(fā)射激勵光束4 (脈沖光) 垂直入射半透/半反鏡組12，透射過半透/半反鏡組12的光束垂直照射在LED芯 片2的PN結(jié)1上，透射進芯片2的部分光能使所述LED芯片的PN結(jié)1發(fā)生光 生伏特效應，形成光生電動勢。光照停止時，PN結(jié)1中蓄積在空間電荷區(qū)的電 荷以放電形式向結(jié)兩端擴散，引起瞬態(tài)發(fā)光。半透/半反鏡組12將PN結(jié)1的自 發(fā)瞬態(tài)光反射至會聚透鏡組6，會聚透鏡組6再將光束會聚至光電轉(zhuǎn)換器8，光 電轉(zhuǎn)換器8將光信號轉(zhuǎn)變成成電信號送入檢測控制和信號采集處理單元9中分析 處理，若檢測到PN結(jié)的自發(fā)光瞬態(tài)光，則PN結(jié)完好，否則PN結(jié)功能不正常。
權(quán)利要求
1、一種LED芯片/晶圓的非接觸式檢測方法，其特征在于它通過檢測控制和信號采集處理單元(9)控制光源(7)發(fā)射激勵光束(4)照射在待測LED芯片/晶圓(2)的PN結(jié)(1)上，光照的同時，將所述PN結(jié)置于交變的磁場(11)中，PN結(jié)(1)上形成的交變自發(fā)光(3)由會聚透鏡組(6)會聚至光電轉(zhuǎn)換器(8)，光電轉(zhuǎn)換器(8)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入所述檢測控制和信號采集處理單元(9)進行處理來實現(xiàn)對LED芯片/晶圓的檢測。
2、 如權(quán)利要求l所述的LED芯片/晶圓的非接觸式檢測方法，其特征在于 所述激勵光束(4)是靜態(tài)光；產(chǎn)生交變磁場(11)的交變磁場產(chǎn)生器(10)與 所述檢測控制和信號采集處理單元(9)電連接；檢測LED晶圓時，當靜態(tài)光照 射在待測LED晶圓的所有PN結(jié)上，所述光電轉(zhuǎn)換器(8)為面陣列光電檢測元件; 當靜態(tài)光順序掃描逐個照射在LED晶圓的每個PN結(jié)上，所述光電轉(zhuǎn)換器(8)為 普通光電轉(zhuǎn)換器。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的LED芯片/晶圓的非接觸式檢測方法，其特征在 于所述檢測控制和信號采集處理單元包括信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPU、 顯示器、光源控制波形產(chǎn)生電路和光源驅(qū)動電路；其中信號調(diào)理電路的輸出端與 模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連;模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與CPU的輸入端相連;CPU 的輸出端分別與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光源控制波形產(chǎn)生電路和顯示器的輸入端相連; 光源控制波形產(chǎn)生電路的輸出端與光源驅(qū)動電路的輸入端相連；工作時，信號調(diào) 理電路與光電轉(zhuǎn)換器電連接，光源驅(qū)動電路控制光源產(chǎn)生激勵光束(4)照射在待測LED芯片/晶圓(2)的PN結(jié)(1)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED芯片/晶圓的非接觸式檢測方法，特別是一種用于未封裝的單個LED芯片或者有多個LED芯片的晶圓的檢測方法。它通過檢測控制和信號采集處理單元(9)控制光源(7)發(fā)射激勵光束(4)照射在待測LED芯片/晶圓(2)的PN結(jié)(1)上，光照的同時，將所述PN結(jié)置于交變的磁場(11)中，PN結(jié)(1)上形成的交變自發(fā)光(3)由會聚透鏡組(6)會聚至光電轉(zhuǎn)換器(8)，光電轉(zhuǎn)換器(8)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入所述檢測控制和信號采集處理單元(9)進行處理來實現(xiàn)對LED芯片/晶圓的檢測。采用本發(fā)明所述方法可以對LED芯片/晶圓的PN結(jié)功能狀態(tài)進行檢測；還可以不接觸LED芯片/晶圓實現(xiàn)對LED芯片/晶圓性能參數(shù)的檢測。
文檔編號G01R31/28GK101581760SQ20091013890
公開日2009年11月18日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者靜 文, 文玉梅, 平 李, 戀 李 申請人:重慶大學