一种加速老化led的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用福照技术加速发光二极管(Light Emitting D1de，LED)老化的方法。本发明采用Dynamitron (地纳米)系列加速器产生的电子束对LED进行辐照，并采用DJ5000LED老化实验仪(大功率型)进行老化实验，经过长时间对比得到电子束辐照对LED有一定的加速老化作用。属于半导体器件领域。
【背景技术】
[0002]LED被称为第四代绿色照明光源，是一种将电能直接转换成光能的半导体固体器件。由于LED具有节能、效率高、环保、寿命长等优点，除了在日常电力照明领域正在普及的LED光源，目前在显示领域和LED有关的设备主要有两种:一是直接使用LED成像的LED显示屏，另一种就是利用LED的优良发光特性，把LED作为电视背光源使用的新型液晶电视。它被认为是21世纪最有价值的新光源，正在逐步替代传统光源成为照明市场的主导。
[0003]LED点亮一段时间以后就会出现暗光、闪动、故障、间断亮等现象，给产品带来严重的损害。预防方法就是对产品进行老化测试。老化是电子产品可靠性的重要保证，是产品生产的最后必不可少的一步。LED产品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能稳定。LED老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流老化是最符合LED电流工作特征，其中恒流源是指在任何时间都恒定不变的电流源。大电流长时间地流经LED的导电层，会使LED外延材料的性能退化，造成LED的输出光功率衰减。衰减的典型公式是y = ，其中I是输出光功率，yo是初始光功率，a是衰减系数，t是衰减实验时间，再结合衰减系数和加速电流的拟合方程式，就可以得到老化实验下的使用寿命；过电流冲击老化也是最新采用的一种老化手段，通过使用频率可调、电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时间内判断LED的质量。
[0004]半导体LED寿命大约在几万小时，如果按照常规的点亮实验测出LED的寿命需要很长的时间。为了加快器件的老化进程，采取加速寿命实验的办法。使用加速条件为大电流应力条件的电流加速LED老化的方法，在实验室条件下考察电子束辐照对LED寿命的影响，电流加速老化实验前期对LED发光有促进作用，注入的载流子在PN结复合，辐射复合增加，辐射功率变大，光效也就变大，之后就达到一定的稳定水平。经过对比发现，辐照过后的LED的光学性能曲线一直在衰减，有的缓慢，有的剧烈，说明电流加速老化实验使辐照后的LED老化加快，也表明着电子束辐照对LED有一定的加速老化作用。
[0005]研宄人员早在1950年左右就注意到辐照对半导体材料性质的影响，但是当时人们仅仅将辐照作为研宄点缺陷的一种有效手段。1984年，K.A.A.Sharshar等人研宄了 γ射线对LED的影响，实验验证了福照使得半导体材料的表面能带发生变化。随后，Lindhafd等人提出的统一理论更准确地为辐照损伤理论奠定了基础。研宄人员通过用中子、电子和γ射线等辐照半导体材料的实验，表明辐照会使半导体材料产生位移损伤，对器件的少子寿命产生影响，因此可以通过辐照改变器件的性能。经过不同射线辐照实验的对比发现，用电子束辐照LED由于具有效率高、成本低、控制精确等优点，已经成为一种控制器件寿命参数的新工艺。
[0006]因此，本发明利用电子束辐照对半导体材料和器件性能的影响，提出了一种利用电子束辐照技术使LED加速老化的实验方法。
【发明内容】
[0007]针对以上技术背景，本发明的目的是提供一种使LED加速老化的实验方法。利用电子束辐照设备对LED芯片进行辐照，调节辐照的能量、剂量和辐照时间对LED进行加速老化。
[0008]1、对LED芯片进行电子束辐照，辐照采用粒子加速器及一系列配套的束传输装置，调节传送带的速度和辐照时间，调节接受辐照的剂量。
[0009]2、将辐照后的LED芯片在一定的工作电流下进行工作，并间隔一段时间应用积分球进行光效测试。
[0010]3、将经电子束辐照后的LED光效衰减曲线进行拟合，得到相应函数曲线。
[0011]4、获得电子束辐照LED加速老化的光效衰减的经验公式，对LED芯片寿命进行估笪并ο
【附图说明】
[0012]图1:实验流程图。
[0013]图2:福照后LED的20mA工作电流的光效衰减曲线。
[0014]图3:福照后LED的40mA工作电流的老化后光效衰减曲线。
[0015]图4:福照后LED的20mA工作电流的老化后光效衰减拟合曲线。
[0016]图5:辐照后LED的40mA工作电流的老化后光效衰减拟合曲线。
【具体实施方式】
[0017]1、在实验中对AlGaInP基LED芯片进行电子束辐照。辐照采用能量为1.5MeV的GJ-15型地纳米(Dynamitron)系列粒子加速器及一系列配套的束传输装置。电子束福照LED芯片过程就是用电子束去辐照在传送带上的样品。辐照是在一个标准大气压、室温条件、普通空气氛围中进行的，这是尽量参照LED的工作环境所设定的实验条件。电子束的束流和能量是由电子加速器控制的，而样品接受辐照的剂量和通量是由传送带的速度和辐照时间决定的。调节传送带的速度和福照时间，调节接受福照的剂量。在这里选择5KGy的剂量值。也可以针对不同材料和批次的LED芯片选择合适的辐照剂量。
[0018]2、将辐照后的LED芯片放在老化实验仪中进行老化处理，并间隔一段时间应用积分球进行光效测试。老化实验过程:(I)随机选取A组LED芯片6枚，B组芯片6枚。(2)将从A组中取出的芯片随机分成2组，每组3枚。分别在20mA和40mA工作电流下进行老化实验，实验时间120小时。(3)将从B组中取出的芯片随机分成2组，每组3枚。分别在20mA和40mA工作电流下进行老化实验，实验时间120小时。(4)利用积分球测出实验芯片在不同老化时间后的功率和光效，并获得衰减曲线。
[0019]对辐照之后的LED进行20mA工作电流的老化实验，光学性能曲线总体趋势是下降。对辐照之后的LED进行40mA工作电流的老化实验，光学性能曲线总体趋势是下降，在老化开始的5-20小时内，样品的光线性能曲线急剧下降，说明老化电流对LED性能产生了严重的影响，随后的时间里，性能曲线变得平稳。
[0020]3、由于以上实验中A组和B组的实验数据变化趋势大致相同，因此选择A组芯片进行实验结果分析和拟合。对LED的光效变化曲线进行分析，并应用曲线拟合软件将经电子束辐照后的LED光效衰减曲线进行拟合，得到相应函数曲线，并获得电子束辐照LED加速老化的衰减的经验公式。对能量为1.5MeV、剂量为5KGy的电子辐照下，由辐照引起的AlGaInP基LED芯片加速老化光效衰减曲线的拟合公式。
[0021]y = 0.95*exp(_x/17.8)+7.4(1 = 20mA) (I)
[0022]y = 209*exp (_χ/1.8) +6.1 (I = 40mA) (2)
[0023]对公式(I)和(2)进行变化，得到相对光效衰减公式。
[0024]f = exp (-x/17.8) (I = 20mA) (3)
[0025]y’ = exp(_x/l.8) (I = 40mA) (4)
[0026]4、当对AlGaInP基LED芯片进行电子辐照加速老化实验时，应用以上拟合结果对LED芯片相对光效下降50%的寿命进行估算。
【主权项】
1.一种加速老化LED的方法，其特征在于:该方法具体步骤如下: 步骤一:对LED芯片进行电子束辐照，辐照采用粒子加速器及一系列配套的束传输装置，调节传送带的速度和辐照时间，调节接受辐照的剂量。 步骤二:将辐照后的LED芯片在一定的工作电流下进行工作，并间隔一段时间应用积分球进行光效测试。 步骤三:将经电子束辐照后的LED光效衰减曲线进行拟合，得到相应函数曲线。 步骤四:获得电子束辐照LED加速老化的光效衰减的经验公式，对LED芯片寿命进行估笪并ο
【专利摘要】一种加速老化LED的方法。利用电子束辐照设备对LED芯片进行辐照，调节辐照的能量、剂量和辐照时间对LED进行加速老化。该方法的步骤如下：首先对LED芯片进行电子束辐照，辐照采用粒子加速器及一系列配套的束传输装置，调节传送带的速度和辐照时间，调节接受辐照的剂量；然后将辐照后的LED芯片在一定的工作电流下进行工作，并间隔一段时间应用积分球进行光效测试；之后将经电子束辐照后的LED光效衰减曲线进行拟合，得到相应函数曲线；最后获得电子束辐照LED加速老化的光效衰减的经验公式，对LED芯片寿命进行估算。本发明的目的是提供一种使LED加速老化的实验方法，应用本实验的电子辐照的方法以及获得的经验公式能够节省LED老化试验的工作时间，在LED芯片生产及应用领域具有较好的实用价值。
【IPC分类】G01R31-44
【公开号】CN104765006
【申请号】CN201510169416
【发明人】于莉媛, 牛萍娟, 刘超, 田海涛, 杨广华, 张建新, 宁平凡
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月10日