CN116666361A - 应用于晶圆级led芯片无接触电检测的复合介质层 - Google Patents
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Abstract
本发明提出应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，所述的电极板是一个导电平面基板，其表面设置有导电微型尖端阵列，导电微型尖端的表面进一步设置有纳米复合介质层。在导电平面基本上设置微型尖端阵列可以有效集中表面电场，降低设备工作时所需的电压。在微型尖端表面设置纳米复合介质层可以根据外部电场变化产生电荷积累进一步稳定空间电场，可无接触驱动LED芯片，从而实现低压、稳定的晶圆级LED检测。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片技术领域，特别是应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层。
背景技术
具有功耗低、寿命长、体积小、可靠性高等优点的氮化镓基微型发光二极管（Micro-LED）有望作为新一代高效光源。Micro-LED芯片的质量是影响Micro-LED显示屏质量的重要因素，是决定Micro-LED显示的整机成本能否有效降低并实现产业化的关键。然而，受限于LED外延片的生长工艺和后续的芯片加工工艺，无法保证所有Micro-LED芯片的光、电参数满足要求。因此，在巨量转移之前，对晶圆级Micro-LED芯片进行检测以便实现坏点的拦截就成为提升Micro-LED显示屏良品率的关键环节。一台8K显示屏大约需要9000万颗以上的Micro-LED芯片。这对现有的晶圆级Micro-LED缺陷检测检测手段提出了极高的要求。
传统的针测方法需要使探针与LED的电极进行接触，在进行垂直移动的过程中会不可避免地对LED芯片的电极、表面，以及探针造成一定程度的损坏。除此之外所需要的探针做工也要更加精细，探针与Micro-LED芯片电极的对准难度也加大，更多数量的芯片也会导致探针的磨损加快，造成检测成本急剧增加。另一种常见的光致发光检测技术仅仅是对发光层的质量进行检测，因此，基于该方法获得的良品率往往会虚高，即出现本来存在缺陷的、不该被点亮的LED芯片被点亮的现象。
无接触电致发光检测是近几年兴起的一种检测方式，它既可以避免光致发光导致的良品率虚高问题，又保证了不会对LED芯片的表面形貌造成机械性损坏。然而传统的检测电极板存在驱动电压过高，容易产生空气击穿等现象。因此检测过程不稳定，会出现显著的局部放电、闪光的现象，从而导致检测过程频繁中断，甚至破坏待测试的芯片，测试结果不具有参考价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，实现低压、稳定的晶圆级LED检测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，包括电极板，所述电极板具体为导电平面基板，其特征还在于所述的导电平面基板表面设置有导电微型尖端阵列，所述的导电微型尖端阵列表面设置有纳米复合介质层。
在一较佳的实施例中，所述的导电微型尖端阵列完全覆盖所述的导电平面基板表面。
在一较佳的实施例中，所述的导电微型尖端具体为圆锥形、棱锥型或针型。
在一较佳的实施例中，所述的导电微型尖端高度范围500纳米至50微米，所述的导电微型尖端底部外切圆直径500纳米至50微米。
在一较佳的实施例中，所述的纳米复合介质层是有机基质即无机纳米复合材料。
在一较佳的实施例中，所述的无机纳米材料包括石墨烯、金属纳米颗粒、二维过渡金属硫化物等及其组合。
在一较佳的实施例中，所述的有机基质包括聚酰亚胺、聚硅氧烷，及其掺杂材料。
在一较佳的实施例中，所述的介质层厚度在100纳米—10微米范围。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过优化微型针尖结构及其表面的纳米复合介质层，可以有效降低驱动电压，并实现无接触电致发光的稳定性，提高晶圆级LED芯片无接触检测的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例整体结构示意图；
图2为本发明实施例的无接触检测LED芯片过程中，LED芯片的发光原理；
图3为一般的无接触检测的结构示意图；
图4为本发明实施例的导电微型尖端结构示意图；
图5为本发明实施例的纳米复合介质层结构示意图；
图6为采用蒸镀法制备纳米复合介质层的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，参考图1至6，包括导电基板100，设置导电基板100表面的导电微型尖端阵列200，设置于导电微型尖端阵列200表面的纳米复合介质层300。由于在在导电平面基本上设置微型尖端阵列可以有效集中表面电场，降低设备工作时所需的电压。在微型尖端表面设置纳米复合介质层可以根据外部电场变化产生电荷积累进一步稳定空间电场，可无接触驱动LED芯片，从而实现低压、稳定的晶圆级LED检测。
所述的导电微型尖端阵列完全覆盖所述的导电平面基板表面。
所述的导电微型尖端200具体为圆锥形、棱锥型或针型。
所述的导电微型尖端200高度范围500纳米至50微米，所述的导电微型尖端200底部外切圆直径500纳米至50微米。
所述的纳米复合介质层300是有机基质即无机纳米复合材料。
所述的无机纳米材料包括石墨烯、金属纳米颗粒、二维过渡金属硫化物等及其组合。
所述的有机基质包括聚酰亚胺、聚硅氧烷，及其掺杂材料。
所述的介质层厚度在100纳米—10微米范围。
在本发明第一实施例中，一种应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的电极板及纳米复合介质层，所采用的导电平面基板以及微型尖端阵列由硅材料制成。采用碱刻蚀方法在导电硅片表面制备出微型尖端阵列。所制备的微型尖端具有类似金字塔结构，该微型金字塔高度500纳米，底面正方形边长500纳米。该硅基电极板（100/200）的侧面图如图1所示。
进一步，通过提拉法在所述硅基电极板表面覆盖一层聚酰胺酸:氧化石墨薄膜，真空热固化该薄膜，形成聚酰亚胺:还原氧化石墨烯复合薄膜。硅基电极板/聚酰亚胺:还原氧化石墨烯复合薄膜(100/200/300)的侧面图如图1所示。当进行LED检测时，所述的硅基电极板/聚酰亚胺:还原氧化石墨烯复合薄膜(100/200/300)在垂直方向上靠近待检测的LED晶圆。同时在硅电极上结高压交流电，并将LED晶圆接地。
无接触驱动LED芯片的原理如下：施加在硅电极板（100/200）上的电压为高频的交流电。当施加的电压处于正半周期时，电场方向从硅电极板（100/200）指向LED。此时，在LED内部，外加电场方向从p氮化镓方向指向n氮化镓方向。该电场驱动p氮化镓层内的空穴向量子阱运动，同时驱动n氮化镓内的电子向量子阱运动。运动至量子阱层的电子/空穴在量子层形成激子，并最后复合发出光子（图2左图）。如果所驱动的LED芯片没有缺陷，则可以探测到周期性的发光；如果所驱动的LED芯片存在芯片，就无法获得稳定的发光，或者发光亮度偏低。这是无接触检测LED芯片的原理。
当施加的电压处于负半周期时，电场方向从LED指向硅电极板（100/200）。此时，在LED内部，外加电场方向从n氮化镓方向指向p氮化镓方向。该电场驱动量子阱内部的电子向高能级运动，并最终形成自由的电子和空穴 。空穴由量子阱层向p氮化镓层运动，电子由量子阱层向 n氮化镓运动。最终结果是空穴和电子分别积累在p氮化镓和n氮化镓两侧（图2右图）。当下一个电压正半周期到来时，就会形成电致发光。
由上述分析可知，要实现晶圆上LED芯片的无接触电致发光，其核心技术是提高穿过LED芯片的电场强度。传统的技术方案是不断增加施加的电压。然而，当电压太大时，会在硅电极板和LED直接的空气部分产生击穿，从而减低局部压降，并形成显著的电弧（图3）。这使得无法有效地对LED的工作状态进行检测。本发明提出的在导电平面基本上设置微型尖端阵列可以有效集中表面电场，降低设备工作时所需的电压。从而可以避免空气击穿。此外，在微型尖端表面设置纳米复合介质层可以根据外部电场变化产生电荷积累，可以进一步稳定空间电场。这满足了对低压、稳定的晶圆级LED检测的需求。
在本实施例中，所制备的微型尖端200为金字塔结构。在备选方案中，也可以采用圆锥结构，棱锥结构等（图3）。
在本实施例中，通过提拉法在所述硅基电极板表面覆盖一层聚酰胺酸:氧化石墨薄膜，真空热固化该薄膜，形成聚酰亚胺:还原氧化石墨烯复合薄膜。在备选方案中，可以用其它种类的纳米材料，例如二硫化钼、碳纳米管、富勒烯、金量子点等其它纳米材料替代还原氧化石墨烯，如图4所示。
在本实施例中，通过提拉法制备纳米复合介质层300。在备选方案中，可以采用蒸镀法制备所需的纳米复合介质层300。如图5所示，首先在硅电极板（100/200）表面蒸镀一层绝缘材料（聚酰亚胺前驱材料或其他未固化的前驱材料）；其次，蒸镀一层纳米材料做电荷作用层；再蒸镀一层一层绝缘材料（聚酰亚胺前驱材料或其他未固化的前驱材料）；最后通过热固化或紫外固化获得所需的纳米复合介质层300。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。同时，以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于包括电极板，所述电极板具体为导电平面基板，其特征还在于所述的导电平面基板表面设置有导电微型尖端阵列，所述的导电微型尖端阵列表面设置有纳米复合介质层。
2.根据权利要求1所述的应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于所述的导电微型尖端阵列完全覆盖所述的导电平面基板表面。
3.根据权利要求1或2所述的应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于所述的导电微型尖端具体为圆锥形、棱锥型或针型。
4.根据权利要求3所述的应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于所述的导电微型尖端高度范围500纳米至50微米，所述的导电微型尖端底部外切圆直径500纳米至50微米。
5.根据权利要求1所述的应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于所述的纳米复合介质层是有机基质即无机纳米复合材料。
6.根据权利要求1或5所述的应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于所述的无机纳米材料包括石墨烯、金属纳米颗粒、二维过渡金属硫化物等及其组合。
7.根据权利要求1或5所述的应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于所述的有机基质包括聚酰亚胺、聚硅氧烷，及其掺杂材料。
8.根据权利要求1所述的应用于晶圆级LED芯片无接触电检测的复合介质层，其特征在于所述的介质层厚度在100纳米—10微米范围。
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| WO2024255104A1 (zh) * | 2023-06-13 | 2024-12-19 | 福州大学 | 应用于晶圆级led芯片无接触电检测的复合介质层 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024255104A1 (zh) | 2024-12-19 |
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