2023年，廈門大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院電子科學(xué)系陳忠教授和呂毅軍教授團(tuán)隊(duì)在IEEE發(fā)表了一篇題為《Study on the Carrier Lifetime of RGB Mini-Light-Emitting Diodes Based on Phase-Sensitive Detection》的文章，首次提出了一種適用于電致發(fā)光LED的微分載流子壽命(DLT)測(cè)量方法，該方法的測(cè)量電流低至0.1mA，具有高抗噪性和低測(cè)量誤差等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)該方法還可以獲取LED的結(jié)電容和微分電阻。

基于速率方程和相敏檢測(cè)技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)研究了紅、綠、藍(lán)三種迷你LED的微分載流子壽命與注入電流密度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著注入電流密度的增加，相同LED的微分載流子壽命減小，而綠色迷你LED的微分載流子壽命下降速度比藍(lán)色迷你LED更快。

樣品 & 測(cè)試

文章使用鎖相放大器對(duì)LED的收發(fā)信號(hào)電纜進(jìn)行相位校準(zhǔn)并測(cè)量不同工作頻率下的相位延遲，從而測(cè)量出在不同的注入電流和交流頻率下，LED的微分載流子壽命。

賽恩科儀鎖相放大器(OE2031)接收外部直流輸入，將交流(光電探測(cè)器輸入信號(hào))和直流信號(hào)相加，之后利用內(nèi)部參考時(shí)鐘產(chǎn)生振幅為50mV的正弦交流電壓信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)LED。LED發(fā)出的光穿過(guò)積分球和光纖，然后分別被光譜儀和PIN光電探測(cè)器接收。光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送給鎖相放大器，而同時(shí)光譜儀獲取LED的光譜。

其中光纖在光路中起到分光的作用。光電探測(cè)器的響應(yīng)頻率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于檢測(cè)頻率，至少是檢測(cè)頻率的2倍，以滿足奈奎斯特采樣定理。光電探測(cè)器帶寬為1 GHz，滿足測(cè)試要求?？紤]系統(tǒng)的輸入噪聲和工作頻率，測(cè)試過(guò)程中鎖相放大器的時(shí)間常數(shù)統(tǒng)一設(shè)為1毫秒。

(a)收發(fā)信號(hào)電纜的相位延遲，(b)不同的工作頻率的藍(lán)色迷你LED的微分載流子壽命，(c)電纜相位延遲補(bǔ)償前后的藍(lán)色迷你LED的微分載流子壽命(見(jiàn)文章圖6)

如圖(a)所示，通過(guò)DSP鎖相放大器測(cè)試了發(fā)送和接收信號(hào)電纜的相位延遲。發(fā)現(xiàn)隨著工作頻率的增加，電纜的相位延遲變得更為嚴(yán)重，而LED光信號(hào)的交流振幅減小。此外，當(dāng)LED以低頻率運(yùn)行時(shí)，相位差很小，而系統(tǒng)在相位測(cè)量中的相對(duì)誤差增加。

如圖(b)所示，以藍(lán)色迷你LED的結(jié)果為代表數(shù)據(jù)，微分載流子壽命結(jié)果波動(dòng)較大，并且當(dāng)系統(tǒng)在100 kHz和10 MHz運(yùn)行時(shí)，測(cè)試誤差增加;然而，在500 kHz到1 MHz的范圍內(nèi)，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定，這符合用于確定微分載流子壽命的相位微分法建議的頻率范圍。

圖(c)顯示了在對(duì)電纜的相位延遲進(jìn)行補(bǔ)償之前和之后，藍(lán)色迷你LED的微分載流子壽命結(jié)果。結(jié)果顯示，如果不考慮電纜的相位延遲，測(cè)試結(jié)果的數(shù)值將大得多。

總結(jié)

該文章根據(jù)速率方程和鎖相放大器的相敏檢測(cè)原理，推導(dǎo)出微分載流子壽命的檢測(cè)原理;并提出了一種新的微分載流子壽命的檢測(cè)方法，該方法使用鎖相放大器來(lái)鎖定待測(cè)光信號(hào)并濾除高頻和噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)弱光信號(hào)(可低至0.1mA)的檢測(cè)。與以前的方法相比，該測(cè)量方法具有更高的測(cè)量精度，而且比基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量LED帶寬以確定載流子壽命的方法和TRPL方法更為經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)單。

審核編輯 黃宇