Ứng dụng của kính hiển vi trong ngành công nghiệp chiến lược mới nổi LED
1. Ứng dụng cụ thể của kính hiển vi quang học Leica và kính hiển vi điện tử quét trong vật liệu nền ngược dòng LED (vật liệu sapphire):
1. Giới thiệu vật liệu nền sapphire
Bởi vì sapphire có khả năng cách nhiệt tốt, tổn thất điện môi thấp, chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn. Dẫn nhiệt tốt, độ bền cơ học đủ cao. Và có thể gia công thành bề mặt phẳng. Dải truyền sáng rộng. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Đồng thời, nó cũng là vật liệu nền tốt cho điốt phát sáng với nhiều mục đích sử dụng. Đi-ốt phát quang thu được là vật liệu chất nền của thiết bị phát sáng bán dẫn hứa hẹn nhất cho chất nền sapphire trong họ đi-ốt phát sáng độ sáng cao của nguồn sáng huỳnh quang thế hệ tiếp theo. Hiện tại, các điốt phát sáng có độ sáng cao này đã được sử dụng rộng rãi trong quảng cáo, đèn giao thông, đèn dụng cụ; và đèn điều hành và các lĩnh vực khác. Với ứng dụng ngày càng tăng của điốt phát quang độ sáng cao.
Saphia (Sapphire) là một đơn tinh thể của alumin, còn được gọi là corundum. Tinh thể sapphire có tính chất quang học, tính chất cơ học và tính ổn định hóa học tuyệt vời, độ bền cao, độ cứng cao và khả năng chống xói mòn, đồng thời có thể hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt gần 2000 độ. Theo nghiên cứu, hiện tại chỉ có bốn loại vật liệu nền có thể áp dụng cho đèn LED (xem Bảng 1 bên dưới). Là một tinh thể kỹ thuật quan trọng, sapphire đã hình thành một ứng dụng tương đối thời trang và trưởng thành trong ngành công nghiệp LED.
2. Ứng dụng
Tính lưỡng chiết bất thường của tinh thể sapphire có thể được xác định bằng kính hiển vi phân cực của Leica. Trong một số trường hợp nhất định, với sự trợ giúp của thấu kính conoscopic, có thể quan sát giao thoa kế của tinh thể để xác định hướng trục của tinh thể, được sử dụng để quan sát xem hướng của mỗi tấm wafer có đồng nhất hay không, để đánh giá xem chất nền có phải là tốt hay xấu.
2. Ứng dụng kính hiển vi Leica và kính hiển vi điện tử quét trong sản xuất tấm LED epiticular wafer và quy trình điều chế chip LED
1. Giới thiệu wafer Epitaxy LED
Nguyên tắc cơ bản của sự phát triển tấm wafer epiticular LED là: trên đế (chủ yếu là sapphire, SiC, Si) được nung nóng đến nhiệt độ thích hợp, chất khí InGaAlP được vận chuyển đến bề mặt đế theo cách có kiểm soát và một màng đơn tinh thể cụ thể được phát triển . . Hiện tại, công nghệ tăng trưởng wafer epiticular LED chủ yếu áp dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD)
2. Giới thiệu chip LED
Chip LED, còn được gọi là chip phát sáng LED, là thành phần cốt lõi của đèn LED, đề cập đến đường giao nhau PN. Chức năng chính của nó là chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng và vật liệu chính của chip là silicon đơn tinh thể. Tấm wafer bán dẫn được tạo thành từ hai phần, một phần là chất bán dẫn loại P và lỗ trống chiếm vị trí hàng đầu trong đó, và đầu kia là chất bán dẫn loại N, và ở đây chủ yếu là điện tử. Nhưng khi hai loại chất bán dẫn này kết hợp với nhau, giữa chúng, chỉ tạo thành một đường giao nhau PN. Khi dòng điện tác động lên con chip này theo thời gian dây dẫn, electron sẽ bị đẩy về quận P, và tại quận P, electron tái hợp với lỗ trống, sau đó sẽ phát năng lượng dưới dạng photon, nguyên lý phát quang của LED là đây. Còn bước sóng của ánh sáng tức là màu sắc của ánh sáng, được quyết định bởi chất liệu tạo thành tiếp giáp PN.
3. Ứng dụng:
a) Sử dụng kính hiển vi điện tử quét để phát hiện thông tin hình thái học ăn mòn lệch vị trí của mặt phẳng tinh thể sau khi tấm wafer epiticular phát triển;
Ý nghĩa được cung cấp bởi hình thái ăn mòn lệch vị trí của mặt phẳng tinh thể: sự ăn mòn lệch vị trí của mỗi mẫu có hình dạng khác nhau và được xác định bởi nhóm điểm của tinh thể và cấu trúc của tinh thể. Vai trò của chất ăn mòn hóa học là phá hủy các liên kết tương tác giữa các phân tử, nguyên tử bên trong tinh thể. Những cái có liên kết nhỏ hơn bị phá hủy trước, do đó tạo thành các điểm ăn mòn có hình dạng cụ thể. Do đó, hình ảnh tốt và sự thể hiện hoàn hảo các chi tiết của điểm ăn mòn có thể phản ánh đầy đủ chất lượng của sự phát triển tinh thể.
Cải thiện chất lượng của mạng epiticular và giảm các khuyết tật của vật liệu là điều kiện tiên quyết để sản xuất các thiết bị LED hiệu suất cao và độ tin cậy cao, nếu không thì khó có thể bù đắp bằng các phương tiện khác. Ảnh hưởng của chất lượng tinh thể của vật liệu epitaxy LED đến độ tin cậy của thiết bị được làm rõ. Thông qua việc kiểm soát chất lượng của vật liệu epitaxy, dự kiến sẽ giảm mật độ khuyết tật của vật liệu, cải thiện chất lượng tinh thể của các lớp epitaxy và cải thiện hiệu quả độ tin cậy của thiết bị LED.
b) Kiểm tra chip trước khi đóng gói: Kiểm tra bề mặt của vật liệu bằng kính hiển vi quang học để xác định xem có hư hỏng cơ học và rỗ hay không, kích thước chip và kích thước điện cực có đáp ứng yêu cầu quy trình hay không và mẫu điện cực có hoàn chỉnh hay không.
c) Độ dày oxy hóa của chip LED: các kỹ thuật phát hiện bao gồm so màu, đếm cạnh, giao thoa, máy đo elip, máy đo biên độ kim khắc và kính hiển vi điện tử quét;
d) Đo độ sâu tiếp giáp của tấm bán dẫn chip: phát hiện độ dày của độ sâu tiếp giáp PN của tấm bán dẫn chip LED bằng kính hiển vi điện tử quét
e) Ứng dụng kính hiển vi điện tử quét trong nghiên cứu công nghệ nhám bề mặt trong quá trình ăn mòn chip LED: công nghệ nhám bề mặt giải quyết vấn đề phản xạ toàn phần ánh sáng với góc tới lớn hơn góc tới hạn do chiết suất của chất bán dẫn vật liệu (trung bình 3,5) lớn hơn so với không khí. Sự mất mát gây ra bởi lối ra. Sự phát xạ ánh sáng trên bề mặt được làm nhám là rất ngẫu nhiên và cần có một số lượng lớn thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhám và thang đo độ nhám đối với tốc độ phát xạ ánh sáng. Khi ánh sáng đi vào không khí có chiết suất thấp từ GaP, vật liệu của lớp cửa sổ LED có chiết suất cao sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần và một lượng lớn ánh sáng đi ra sẽ bị thất thoát. Phương pháp làm nhám bề mặt có thể triệt tiêu phản xạ toàn phần và nâng cao hiệu quả khai thác ánh sáng. Kính hiển vi điện tử quét có thể quan sát trực tiếp cấu trúc bề mặt của mẫu sau khi làm nhám bề mặt và so sánh độ nhám của bề mặt trước và sau khi làm nhám. Kính hiển vi điện tử quét có độ sâu trường ảnh lớn và hình ảnh có đầy đủ ba chiều. Nó có thể quan sát cấu trúc đảo ba chiều trên bề mặt nhám.
