Спосіб відбракування напівпровідникових світлодіодів

Спосіб відбракування напівпровідникових світлодіодів на основі GaN, GaAs, GaP, який включає вимірювання напруги, який відрізняється тим, що для випробування на надійність світловипромінюючих структур попередньо для зразків із партії, виготовленої в одному технологічному циклі, методами акустичної емісії вимірюють середній струм In , при якому виникає акустична емісія, і Корисна модель відноситься до галузі радіотехніки та може бути використана для сортування готових напівпровідникових світловипромінюючих структур на виробництві та діагностики світлодіодів в процесі експлуатації: в приладах індикації, спеціальної сигналізації з підвищеним ступенем надійності та повноколірних екранах. Відомий спосіб проведення перевірки світлодіодів, сформованих в матрицю, розглянутий в патенті RU №2378706 «Пристрій-контроллер для управління надяскравими світлодіодами в активних матрицях світлофорів» («Устройствоконтроллер для управления сверхъяркими светодиодами в активных светофорных головках»), де використовується схема індивідуального блокування обірваних світлодіодів та двоканальна схема контролю світлодіодів, які вишли з ладу через оптрони. Контроль здійснюється методом короткочасного відключення напруги живлення, при цьому всі елементи схеми мають змінити своє значення на протилежне, в іншому випадку робиться висновок про їх несправність. Перевагою аналога є проста схема блокування та відсутність вимірювальних приладів, що значно здешевлює систему контролю, але наявність додаткових компонент (наприклад, оптронів) призводить до значного збільшення споживаної потужності через замикання живлення на блокуючи елементах. При цьому визначення світлодіодів, що вийшли з ладу, проводиться лише візуально. Не доліком запропонованого способу тестування є також відсутність інформації про ступінь деградації світловипромінюючої структури, а лише констатація факту виходу її з ладу. Та особливо проблематичною є можливість відновлення на короткий час працездатності світлодіоду після його блокування та остигання, при цьому він знову буде відмічений як працездатний, хоча потреба його заміни є необхідною умовою нормального функціонування всієї матриці та вірного сприймання сигналів в цілому. Поведінка такого світлодіоду буде носити статистичний характер, а отже й ймовірність його виявлення не буде залежати від системи контролю. За прототип обрано патент RU №2357263, на «Спосіб відбракування напівпровідникових виробів» («Способ отбраковки полупроводниковых изделий»), в якому для дослідження та відокремлення браку під час сортування готових напівпровідникових електронних компонент в процесі їх виготовлення та експлуатації, проводиться діагностика вольт-амперних та інших характеристик. При цьому діагностика проводиться двічі, до та відразу після дії високочастотного електромагнітного поля. Час штучного старіння для більшості подібних процесів триває до 1-3 діб. Порівнюючи вплив електромагнітного імпульсу на вольтамперні характеристики готових електронних компонент по зміні вигляду ВАХ робиться висновок про надійність виробу. вимірюють напругу U'e при струмові Ie  0,9  In , (19) UA (11) 56827 (13) U після чого структури з U'e  Ue , де Ue - напруга при цьому струмові на еталонному зразку, відбраковують. 3 56827 Перевагою запропонованої в прототипі методики дослідження є більш об'єктивна інформація про стан виробу. Недоліком цього способу відокремлення браку є негативний вплив високочастотного електромагнітного поля, яке призводить до старіння світловипромінюючої структури, необхідність захисту обладнання, яке використовується для вимірювань, та велика тривалість процесу. Та головною відмінністю подібного методу від запропонованого – є неточність проведення оцінки приблизного часу виходу з ладу та яскравості світлодіодів через довгостроковість цього прогнозу та відсутність можливості практичної реалізації поточної діагностики світловипромінюючих структур, які вже перебувають в експлуатації. Основними вимогами до методів відбракування та тестування світловипромінюючих структур є максимальна інформативність та достовірність результатів дослідження при найменшій їх кількості. Також, значна частина таких пристроїв, як повноколірні екрани, прилади спеціальної сигналізації з підвищеним ступенем надійності та інші, потребують реалізації системи динамічного контролю параметрів ступеня деградації та яскравості складових матриці світлодіодів. Задачею корисної моделі є спрощення методу відбракування, підвищення точності оцінки ступеню деградації світлодіоду та збільшення інформативності. Поставлена задача досягається тим, що для випробування на надійність світловипромінюючих структур попередньо для зразків із партії виготовленої в одному технологічному циклі, методами акустичної емісії вимірюють середній струм In при якому виникає акустична емісія, і вимірюють напругу U'e при струмові Іе≈0,9In, після чого структури з U'e  Ue , де Ue – напруга при цьому струмові на еталонному зразку, відбраковують як менш стабільні. Даний метод відрізняється тим, що необхідність вимірювання всієї вольт-амперної характеристики відпадає, а встановлення факту відповідності світловипромінюючої структури проводиться по значенню тільки напруги при струмові в області виникнення акустичної емісії, тобто при максимально допустимому значені струму Іе, який не викликає деградації світлодіоду, (середнє значення струму порогу виникнення акустичної емісії визнаk чається на основі формули In  мально близьким до порогу виникнення акустоемісії, залежить від напівпровідникових матеріалів, типу і конструктивних особливостей світлодіоду (наприклад, для світлодіодів АЛ 102 Іmах=60мА та Із=12В). Встановлено, що зміна електричних параметрів у вказаній області однозначно визначена та пов'язана з оптичними характеристиками світлодіоду. При використанні кількох груп світлодіодів, наприклад, виготовлених з різного напівпровідникового матеріалу, виникає потреба у використанні відповідної кількості значень струму Іе та напруги U'e для оцінки яскравості. Така ситуація можлива для повноколірних екранів де наявні принаймні три різновиди світлодіодів, для того щоб перекрити весь спектр видимого випромінювання, але в цьому випадку для формування матриці використовуються світловипромінюючі структури з приблизно однаковими параметрами, тому й значення електричних параметрів будуть близькими. Приклад. За попередніми результатами досліджень для InGaN/GaN світловипромінюючих структур із однією квантовою ямою, які були розміщені в п'ятиміліметрових корпусах було встановлення поріг виникнення акустоемісії. Параметри напівпровідникової структури: 1. буферний шар із GaN 30нм. 2. контактний шар GaN т-типу провідності товщиною 4-5мкм, легований кремнієм з концентрацією носіїв струму 310см-3. 3. два емітера виготовлених із Al0,1Ga0,9N p- та n-типу провідності легованих кремнієм та магнієм відповідно з концентрацією носіїв струму 71019см3 товщиною 100нм. 4. розміщена між емітерами квантова яма товщиною 3-4нм із In0,2Ga0,8N легована магнієм. 5. контактний шар GaN р-типу провідності легований магнієм, з концентрацією носіїв струму 71019см-3 товщина 500нм. Корпус виготовлений з прозорого полімерного матеріалу поліметилметакрилату, кристалотримач та струмопідвідні контакти теж зроблені за стандартною технологією. Дослідження було проведено для випадково вибраних з партії виготовленої в одному технологічному циклі, п'яти зразків (k=5). Отримані значення порогу виникнення акустичної емісії (75, 80, 80, 85, 80) тобто спостерігається чітко виражений гауссівський розподіл. Для даної партії світлодіо  Ik 1 у випадку k нормального та рівномірного розподілу, Іn=Іmіn – логнормальному, значення які випадають із зазначених розподілів відкидаються як хибні) та U'e – значення яке відповідає цій силі струму Іе. Отриманні значення порівнюються із еталонними Ue та по їх відхиленні у бік збільшення робиться, висновок про ненадійність виробу. Точне значення величин струму порогу виникнення акустичної емісії визначається за допомогою методів акустичної емісії та має бути макси 4 k дів In   Ik  80 мА накладає обмеження на верk хню межу електричних вимірювань та експлуатацію світлодіодів, а Іе≈0,9In≈70мА. Для проведення попереднього відбору світлодіодів та їх сортування було визначено напругу в режимі постійного струму при допороговому струмові виникнення акустоемісії 70мА на попередньо виділеному виробником як еталонному світлодіодів (3,43В). На Фіг.1 наведено гістограму напруги для партії зразків (кількість 70); 1 5 Аналіз результатів вимірювання напруги при допороговому струмові виникнення акустоемісії дозволив побудувати розподіл за напругою Фіг.2 та виділити три групи світлодіодів, що відрізняються значеннями напруг при струмові 70мА (на Фіг.1, 2 відмічено відповідними номерами). 1. напругою при 70мА 3,36-3,95 (кількість зразків 15шт., що складає 21%). 2. 3,4-3,45В (кількість зразків 49шт., що складає 56%). 3. більше 3,46В (кількість зразків 16шт., що складає 23%). Розподіл по напрузі пов'язаний з відмінностями та флуктуаціями в технологічних режимах епітаксії, якості формування контакту та інших причин, що підтверджує порівняння зворотного струму. Порівняння отриманих груп світлодіодів із тим, що був вибраний за еталон, дозволив зробити висновок про найкращу якість першої групи, зразки з якої можуть використовуватись в приладах з високим ступенем надійності (наприклад, залізнодорожні світлофори та інше), хорошу якість другої їх можна ідентифікувати, як товари широкого вжитку (прилади індикації, повноколірні екрани та інше), та повністю відбракувати третю, зразки з якої мо 56827 6 жуть бути використані для приладів з невисокою ступеню надійності (освітлювальні прилади, кишенькові ліхтарики та інше). Проведення термострумового напрацювання на розділених таким чином групам світлодіодів підтверджує висновки зроблені при порівнянні ВАХ: - підвищену надійність першої групи (напрацювання на відмову при 160мА до 5400с); - задовільну, другої (тривалість напрацювання на відмову більше 1000с); - світлодіоди третьої групи надзвичайно не надійні (напрацювання на відмову при 160мА близько 600с) та відбраковуються; Зменшення кількості величин, що вимірюються, дозволяє спростити процес відбраковування та тестування світлодіодів, що значно зменшує тривалість перевірки та трудоємність процесу. Корисна модель дозволяє виявити світлодіоди із неякісними контактами через що вони найближчим часом можуть вийти з ладу та дозволяє збільшити точність отриманого результату і більш чітко розділити вироби на групи, отримати додаткову інформацію про приблизний час напрацювання на відмову. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 56827 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601