一种micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置及其方法。本发明专利技术将多面棱镜与CCD面阵探测器结合，从而将一维排列的光斑阵列采用二维面阵的CCD面阵探测器接收，得到每一个光斑的光谱分布，不需要复杂的激光频率调制和信号解调技术，即能够得到光学性质和电学性质，极大地提高扫描速度；采用布儒斯特角入射、双柱面透镜光束整形以及棱镜分光计减少光栅引起的次峰杂散谱，使得杂散谱的抑制水平显著提升；将光致发光检测和拉曼检测结合，光致发光检测提供发光波长和亮度信息，拉曼检测给出电学性质，弥补了光致发光检测准确度不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置及其方法
本专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置及其检测方法。
技术介绍
目前发光二极管(LED)芯片微缩化趋势明显，在显示领域microLED的芯片尺寸减小到50微米以下，相比于LCD和OLED在亮度、分辨率、能耗和响应速度等方面都有着明显的优势。为保证microLED芯片的生产良率，检测是至关重要的环节，通常LED芯片检测的主要参数包括主波长、亮度、正向偏压、反向漏电、短路和断路等。光致发光(Photoluminescence；PL)扫描绘图(mapping)技术是常用的检测方法，光致发光检测能够直接给出microLED芯片的发光波长和亮度信息，但缺乏对LED芯片的电学性能的判断，因此需要将光致发光检测与其他检测手段结合来提高检测的准确性。由于microLED芯片尺寸降低到50μm以下，单个显示屏芯片数量增加到上百万到千万量级，而目前相应的LED芯片检测技术在分辨率和检测速度方面难以达到要求。因此目前需要一种快速、准确且分辨率高的检测手段来满足microLED芯片的检测需求。拉曼光谱记录了物质结构中的电子跃迁信息，这种跃迁与分子振动、转动有直接的联系，被测物质的温度、应力等均会引起分子振动、转动的变化，这些变化会直接在拉曼光谱中反应出来。因此拉曼光谱是研究物质结构的一种常用光谱，拉曼检测技术已经广泛用于制药、集成电路等工业产线上的半成品或成品的应力、组分、结构、温度测量。拉曼检测不需要对样品进行前处理，具有灵敏度高、操作简便、高速测量、无损伤、指纹谱等优点。显微拉曼光谱仪(μ-Raman)将拉曼光谱仪和光学显微镜相结合，能够将空间分辨率有效地提高到微米量级。由于拉曼散射信号微弱，其散射强度一般为入射光强度的10-10，因此排除杂散光对拉曼信号的影响尤为重要。杂散光包含非激发光波长的光、瑞利光以及光致发光等，其中瑞利光和光致发光的强度均是拉曼散射光强度的106倍以上。通过照明光路的光阑、滤光片以及收集光路中的陷波滤光片可以去除大部分的非激发光波长的光及瑞利光等。由于拉曼频移不随激发波长的变化而改变，因此可以通过改变激发波长来消除光致发光的影响。但是内光路使用光栅分光计，低波数区仍然存在强烈的由瑞利散射次峰导致强烈杂散谱(J.RamanSpect.49,1968-1971(2018))。这种由光栅本征特征引起的杂散光在商用机器中没有有效的消除，导致在拉曼位移100cm-1以下的信噪比较差。事实上在共焦显微镜中，激光扫描场的宽度经常小于物镜的光场，两者尺寸相差10倍左右，日本Horiba公司利用激光束的倾斜角(1°-3°)，较大地拓展了扫描的光场范围(CN201580032163.3)，这种改进可以有效提高测试范围，减少测量时间。实际应用中，被扫描样品的平整度也会影响共焦显微的质量。德国Witec公司使用两个照明光源同时分别用于形貌和拉曼信号测量，从而提高拉曼显微成像的质量(CN201880015168.6)。针对共焦显微镜较低的单点扫描速度，各种并行扫描的方法被提出。苏州医工所利用四束偏振光以及微透镜阵列得到的阵列光斑照射样品，同时利用面阵探测器接收样品反射和散射光信号，实现并行显微成像(CN201710266286.1，CN201710266273.4)。上海理工大学使用多面体棱镜产生一维的光斑阵列，使用多面棱锥镜形成二维光斑阵列，同时使用频率调制解调技术获得各个焦点激发的拉曼信号(CN201810712095.8)，根据他们的结果光斑N个，成像速度将提高N倍。华中科技大学还提出了一种线扫的共焦显微成像技术，通过柱透镜形成线状光斑，通过线阵相机探测，成像速度可以达到100帧/秒(CN201810252673.4)。多焦点并行成像方法的一些混叠信号处理算法也被提出(CN201910774263.0，CN201710439347.X)，用以甄别不同的焦点照明所得的信息，从而构造样本的三维信息。不过多焦点并行成像的方法并没有使用到共焦拉曼光谱仪器中，目前商用仪器的帧速迄待大幅提升。
技术实现思路
针对以上现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置及其检测方法。本专利技术的一个目的在于提出一种microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置。microLED芯片阵列是LED芯片单元周期排列的二维阵列，每一个microLED芯片单元在50μm以下，microLED芯片阵列在英寸量级，用于激发拉曼和光致发光信号的光斑在微米量级，扫描振镜的扫描范围为百微米量级，由扫描振镜的扫描范围将microLED芯片阵列分成多个二维排列的帧。本专利技术采用斯托克斯拉曼结合荧光测量或者采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置包括：激光器、第一空间滤波器、多面棱镜、第一分束片、扫描振镜、物镜、XYZ三维高速样品台、控制系统、光路切换装置、目镜、CCD摄像机、第二空间滤波器、纵向柱透镜、横向柱透镜、第二分束片和多通道光谱仪；其中，控制系统分别连接至激光器、光路切换装置、扫描振镜、CCD摄像机、XYZ三维高速样品台和多通道光谱仪；多通道光谱仪包括第一通道和第二通道；第一通道包括第一棱镜分光计和第一CCD面阵探测器，第二通道包括第二棱镜分光计和第二CCD面阵探测器；激光器发出平行的激发光，激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，或者激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内；激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，经第一分束片后再通过扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；microLED芯片阵列作为样品放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，平行于偏振面的激光全部透射进入样品，减少了反射光的损耗，从而激发拉曼光，并且光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个microLED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；荧光和拉曼光进入物镜，再经过扫描振镜和第一分束片后，通过光路切换装置控制，由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑，经第二分束片分成方向不同的两束光，之后两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；第一束光经第一棱镜分光计进行分光，只保留荧光，并由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长以及对应的亮度信息，从而得到对应的microLED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的microLED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；如果激发光的波长小于其激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置，其特征在于，采用斯托克斯拉曼结合荧光测量或者采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，所述micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置包括：激光器、第一空间滤波器、多面棱镜、第一分束片、扫描振镜、物镜、XYZ三维高速样品台、控制系统、光路切换装置、目镜、CCD摄像机、第二空间滤波器、纵向柱透镜、横向柱透镜、第二分束片和多通道光谱仪；其中，控制系统分别连接至激光器、光路切换装置、扫描振镜、CCD摄像机、XYZ三维高速样品台和多通道光谱仪；多通道光谱仪包括第一通道和第二通道；第一通道包括第一棱镜分光计和第一CCD面阵探测器，第二通道包括第二棱镜分光计和第二CCD面阵探测器；激光器发出平行的激发光，激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，或者激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内；激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，经第一分束片后再通过扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；micro LED芯片阵列作为样品放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，平行于偏振面的激光全部透射进入样品，减少了反射光的损耗，从而激发拉曼光，并且光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个micro LED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；荧光和拉曼光进入物镜，再经过扫描振镜和第一分束片后，通过光路切换装置控制，由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑，经第二分束片分成方向不同的两束光，之后两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；第一束光经第一棱镜分光计进行分光，只保留荧光，并由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长以及对应的亮度信息，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，则采用斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其所激发样品产生的荧光的波长20～40nm，同时斯托克斯拉曼光的波长在激发光波长的30nm以内，因此能够将荧光与斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；或者，如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，则采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留反斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长，同时反斯托克斯拉曼光的波长小于激发光波长，从而能够将荧光与反斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；拉曼光为一维排列的光斑阵列，第二CCD面阵探测器为二维排列的像素，拉曼光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到拉曼光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱，第二CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱；通过控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成所对应的多个micro LED芯片单元的扫描，进一步控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成micro LED芯片阵列的一帧的扫描，然后控制XYZ三维高速样品台，实现对microLED芯片阵列的下一帧的扫描，从而完成对micro LED芯片阵列的扫描，得到micro LED芯片阵列的荧光光谱和拉曼光谱，通过荧光光谱得到光学性质，通过拉曼光谱得到电学性质，并根据光学性质和电学性质对micro LED芯片阵列进行分类。/n...

【技术特征摘要】
1.一种microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置，其特征在于，采用斯托克斯拉曼结合荧光测量或者采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，所述microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置包括：激光器、第一空间滤波器、多面棱镜、第一分束片、扫描振镜、物镜、XYZ三维高速样品台、控制系统、光路切换装置、目镜、CCD摄像机、第二空间滤波器、纵向柱透镜、横向柱透镜、第二分束片和多通道光谱仪；其中，控制系统分别连接至激光器、光路切换装置、扫描振镜、CCD摄像机、XYZ三维高速样品台和多通道光谱仪；多通道光谱仪包括第一通道和第二通道；第一通道包括第一棱镜分光计和第一CCD面阵探测器，第二通道包括第二棱镜分光计和第二CCD面阵探测器；激光器发出平行的激发光，激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，或者激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内；激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，经第一分束片后再通过扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；microLED芯片阵列作为样品放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，平行于偏振面的激光全部透射进入样品，减少了反射光的损耗，从而激发拉曼光，并且光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个microLED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；荧光和拉曼光进入物镜，再经过扫描振镜和第一分束片后，通过光路切换装置控制，由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑，经第二分束片分成方向不同的两束光，之后两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；第一束光经第一棱镜分光计进行分光，只保留荧光，并由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长以及对应的亮度信息，从而得到对应的microLED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的microLED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，则采用斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其所激发样品产生的荧光的波长20～40nm，同时斯托克斯拉曼光的波长在激发光波长的30nm以内，因此能够将荧光与斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；或者，如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，则采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留反斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长，同时反斯托克斯拉曼光的波长小于激发光波长，从而能够将荧光与反斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；拉曼光为一维排列的光斑阵列，第二CCD面阵探测器为二维排列的像素，拉曼光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到拉曼光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的microLED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱，第二CCD面阵探测器同时得到多个对应的microLED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱；通过控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成所对应的多个microLED芯片单元的扫描，进一步控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成microLED芯片阵列的一帧的扫描，然后控制XYZ三维高速样品台，实现对microLED芯片阵列的下一帧的扫描，从而完成对microLED芯片阵列的扫描，得到microLED芯片阵列的荧光光谱和拉曼光谱，通过荧光光谱得到光学性质，通过拉曼光谱得到电学性质，并根据光学性质和电学性质对microLED芯片阵列进行分类。


2.如权利要求1所述的microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置，其特征在于，所述第一空间滤波器包括第一透镜、第一滤光狭缝和第二透镜；平行的激发光由第一透镜汇聚至第一滤光狭缝处，第一滤光狭缝去除杂散光，再经第二透镜汇聚成平行光出射。


3.如权利要求1所述的microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置，其特征在于，所述第二空间滤波器包括第三透镜、第二滤光狭缝和第四透镜；平行的激发光由第三透镜汇聚至第二滤光狭缝处，第二滤光狭缝去除杂散光，再经第四透镜汇聚成平行光出射。


4.如权利要求1所述的microLED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置，其特征在于，所述扫描振镜包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志忠，潘祚坚，焦飞，张树霖，康香宁，陈怡帆，詹景麟，陈毅勇，聂靖昕，沈波，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11