Micro-LED因其高集成度、高亮度、低功耗、自发光等优势遭到广泛重视，有望成为新一代的干流显现技能。虽然市场前景宽广，但Micro-LED显现工业化进程却因整机本钱过高而放缓脚步。导致其本钱居高不下的原因之一是制造进程中触及的有关资料、器材、工艺等复杂问题导致了终究的显现屏像素良率达不到要求。显现职业以为Micro-LED显现屏的像素良率至少要99.99999%才能够确保不影响观感。进步Micro-LED显现屏像素良率、防止巨量修正是下降Micro-LED整机本钱然后完成工业化的要害。受限于LED外延片的成长工艺和后续的晶圆级芯片加工工艺，难以确保一切Micro-LED芯片的光、电参数满意要求。因此，在巨量搬运-键合之前，对晶圆级Micro-LED芯片进行检测以完成坏点的阻拦就成为进步Micro-LED显现屏良品率的要害环节。
现在，晶圆级Micro-LED检测手法分为触摸型检测和无触摸型检测。触摸型检测的代表性办法为电致发光检测，即经过微型电学探针别离触摸Micro-LED的两个电极并注入电流，记载LED芯片的电学功能和发光功能。无触摸型检测的代表性技能为光致发光检测，该技能的原理是经过短波长激起Micro-LED芯片的多量子阱层完成发光，经过光致发光谱来评价LED的质量。除了这两种典型的检测技能外，还存在以摄像体系与机器学习为中心的主动光学检测、红外热成像检测、阴极荧光检测、飞翔时刻二次离子质谱检测等办法。此外，极具前瞻性的无触摸电致发光检测技能也正加快展开，具有高功率、高精确率的无触摸电致发光检测将是适配晶圆级Micro-LED芯片检测的极佳方案。现在的检测技能研讨百家争鸣，但尚无对现有的检测技能进行总结与剖析。
近来，福州大学、闽都立异试验室郭太良教授团队在《液晶与显现》（ESCI、Scopus，中文中心期刊）2023年第5期宣布了题为“晶圆级Micro-LED芯片检测技能研讨进展”的总述，并被选作当期封面文章。郭太良教授、吴朝兴教授为该文通讯作者、研讨生苏昊为该文榜首作者。该文首要介绍了晶圆级Micro-LED检测时所需求检测的几个目标，其次具体介绍并剖析现有的检测手法，最终对LED检测技能进行总结并提出该范畴未来展开方向的展望。
Micro-LED芯片的质量是影响Micro-LED显现屏质量的重要因素，是决议Micro-LED显现的整机本钱能否有用下降并完成工业化的要害。可是，受限于LED外延片的成长工艺和后续的芯片加工工艺，无法确保一切Micro-LED芯片的光、电参数满意要求。因此，在巨量搬运之前，对晶圆级Micro-LED芯片进行检测以便完成坏点的阻拦就成为进步Micro-LED显现屏良品率的要害环节。可是，跟着LED芯片的尺度越来越小，一个显现器上所需求的LED芯片数量也日渐增多。这对现有的晶圆级Micro-LED缺点检测手法提出了极高的要求。
现在，晶圆级Micro-LED检测手法分为触摸型检测和无触摸型检测。触摸型检测的代表性办法为电致发光检测，即经过微型电学探针别离触摸Micro-LED的两个电极并注入电流，记载LED芯片的电学功能和发光功能。此外，无触摸型检测技能也在逐步展开。无触摸型检测的代表性技能为光致发光检测，该技能的原理是经过短波长激起Micro-LED芯片的多量子阱层完成发光，经过光致发光谱来评价LED的质量。除了这两种典型的检测技能外，还有以摄像体系与机器学习为中心的主动光学检测（AOI），以及极具前瞻性的无触摸电致发光检测技能。
触摸型检测的代表性办法为电致发光检测。该检测技能运用的干流办法是使微型探针与Micro-LED的电极进行触摸，然后经过在探针上施加直流电压使外部载流子注入到Micro-LED的发光层中，使其发生电致发光现象，然后搜集Micro-LED的作业电压、亮度、发光波长等光电参数来判别芯片合格。这种检测办法原理简略，技能老练，但在检测进程中要对探针进行笔直移动，在进行笔直移动的进程中会不可防止地对Micro-LED芯片的电极、外表，以及探针构成必定程度的损坏。此外，Micro-LED尺度通常在50 μm以下，这导致探针与Micro-LED芯片电极的对准难度也加大，构成检测功率低下、本钱急剧添加。为此，研讨人员从检测功率进步、损害按捺等方面展开研讨。
规划特别的电极结构并经过显微镜对包括多颗Micro-LED的图画进行处理并挑选出亮度不正常的芯片也能够进步检测功率。研讨人员提出了一种能够丈量整个Micro-LED阵列甚至单颗Micro-LED芯片外表亮度散布的检测办法。Micro-LED阵列（如图2（a）所示）由队伍电极进行选通，因此能够满意单个Micro-LED芯片点亮和多个Micro-LED芯片一起点亮需求，并在两种不同状况下运用丈量体系进行检测。摄像体系获取发光的Micro-LED阵列图画并由算法体系生成伪五颜六色图（如图2（b）所示），从伪五颜六色图能够看出，跟着电流密度增大，Micro-LED外表亮度的均匀性增大。这个办法在检测方面能够精确地表征单颗LED芯片的亮度均匀性状况，也能够一起表征多颗LED芯片的亮度均匀性状况。不足之处是制造多行多列的电极本钱较高，且后期还需求去除这些过渡性的电极。
图2：（a）Micro-LED阵列的显微图画；（b）单个微型LED芯片的亮度伪五颜六色图和3D散布图
掩盖与LED芯片电极形状相适配的通明导电膜能够在测验进程中维护LED芯片的电极不被损坏，削减本钱，通明导电膜掩盖LED芯片的示意图如图3（a）所示。研讨人员提出了一种LED芯片的无损测验办法。该办法运用了通明导电膜掩盖待测LED芯片，测验针经过导电膜与LED芯片间触摸摸，然后防止了传统针测中会呈现的针痕问题，如图3（b）与图3（c）所示。该导电膜具有通明导电槽，导电槽分为正极导电槽和负极导电槽，别离对应于LED芯片的正电极和负电极。其形状与尺度与待测LED芯片共同，深度与待测LED芯片电极厚度共同，再把这些经过特别制备的通明导电膜蚀刻在绝缘基底上，测验时LED芯片的电极嵌入通明导电槽，测验针再扎到这些与LED正负电极触摸的区域，进行测验。这种方案原理简略、作用好，可是与许多运用“介质”离隔探针与LED芯片、Micro-LED芯片的办法相同，一种标准的导电膜只能适配一种标准的芯片，适用性低，而且跟着LED芯片尺度越来越小，制备与之相适配导电介质的难度也会越来越大。
图3：（a）选用通明导电膜的检测原理示意图；（b）针测后的LED电极光学显微照片；（c）运用通明导电膜进行针测后的LED电极光学显微照片
2015年，福州大学郭太良、吴朝兴团队提出了一种晶圆级Micro-LED芯片无触摸电致发光检测技能。该技能能够对晶圆上百万数量级的Micro LED芯片进行扫描式、无触摸电致发光检测。无触摸电致发光检测理论是一种最高效、最精确的检测办法。该技能既能够防止光致发光导致的良品率虚高问题，又无需确保探针与芯片的精确触摸，因此查看速度最快。无触摸电致发光原理如下：当外加电场方向从p-GaN指向n-GaN时，n-GaN区域内的电子与p-GaN区域内的空穴经过分散运意向多量子阱（MQWs）方向移动，在量子阱中发生辐射复合，如图4（a）所示。在正向偏压下并不能继续发生辐射复合现象，也就是说施加直流电压或处于沟通驱动正半周期时只能观察到一次发光。这是因为大都载流子的漂移会在Micro-LED两头构成耗尽区，并发生一个感生电场屏蔽外电场，阻挠载流子分散。因此有必要施加一个反向电场来驱动电子空穴回到初始状况（图4（b））。因此该检测技能需求施加沟通电场才能使待检测的Micro-LED周期性发光。LED无触摸电致发光能够用以下方程描绘。
在无触摸电致发光检测进程中，运用电极场板来与LED芯片发生耦合，如图4（c）所示。外部高频电源施加在场板电极与LED芯片阵列的底部电极上，使得场板下方的LED芯片阵列一起发光，经过相机搜集图画并检测LED芯片的亮度参数。图4（d）是福州大学研讨人员所展现的晶圆级无电学触摸电致发光检测作用。图4（d）上图是待检测的Micro-LED阵列示意图和单个器材实物图。所检测的芯片为4英寸晶圆上的正装Micro-LED，芯片尺度为40 μm×20 μm。图4（d）下图是实践检测作用。
图4：（a）无触摸Micro-LED在正向电场下的作业示意图；（b）无触摸Micro-LED在反向电场下的作业示意图；（c）晶圆级Micro-LED的无触摸电致发光检测原理图；（d）待检测的Micro-LED阵列示意图与Micro-LED阵列检测作用图
光致发光（PL）检测是无触摸检测中一种常用的检测办法。其原理如图5（a）所示，即运用短波长光（如紫外光）激起LED的发光层的电子使其辐射跃迁。从而发生发光图画并从发光图画中挑选出损坏的LED芯片。运用PL图画和阴极荧光（CL）成像来替代电致发光检测，相同完成无损检测的主意，PL图画与CL图画别离如图5（b）、图5（c）所示。关于同一个多像素LED样本，运用短波长的光激起时，一切像素都会发光，但在运用CL成像时并非一切像素都被点亮。对此的解说是，PL的整个进程并没有发生载流子运送，因此不受LED像素在刻蚀往后发生的各种短路缺点的影响。试验发现71.75%的像素在CL图画与EL图画中都会发光，阐明CL图画能必定程度上与EL检测效果拟合，但拟合度还需进一步进步。
图5：(a) PL 检测原理示意图；(b)PL检测图画；(c)阴极荧光图画
AOI是现在市面上遍及运用的一种LED缺点检测技能。它多运用于辨认刚切开后的晶圆片上带有外表缺点的LED像素，或许与点亮的LED芯片阵列相结合，检测、辨认不亮或亮度较暗的LED芯片，将其辨认为坏点。跟着卷积神经网络的展开，AOI体系的功率和精度也越来越高，不同的算法也能够习惯不同的检测需求。
从工业老练度、耗材经济性、检测功率、技能简易度、检测精确度、检测全面性来对四种常见的晶圆级Micro-LED芯片检测技能进行归纳比照，如图6所示。工业老练度方面，主动光学检测与光致发光检测在市面上已有许多老练的检测设备。耗材经济性上，无触摸电致发光检测、主动光学检测与光致发光检测都不会与待测样品进行触摸，因此也不会构成机械性损坏，能够有用削减耗材本钱。一起，无触摸电致发光检测、主动光学检测与光致发光检测不需求进行频频的笔直方向移动，而且能够完成Micro-LED芯片阵列的检测，因此具有较高的检测功率。主动光学检测的中心是深度学习算法与显微摄像体系，因此其在技能简易度方面有着先天的优势。关于检测精确度，有触摸电致发光检测与无触摸电致发光检测都以电致发光为根底，因此能够有用阻拦无法正常发光的芯片，具有较高的检测精确率。最终是检测全面性，有触摸电致发光检测进程与Micro-LED芯片实践使用情形共同，能够得到Micro-LED芯片完好的电学、光学参数。
触摸型电致发光检测能够精确取得Micro-LED芯片作业时的电学参数（如电流密度、电压、反向漏电流等）以及发光时的波长、亮度等。可是，触摸型电致发光检测简单对Micro-LED电极、芯片外表构成刮擦、揉捏等损坏。一起，面临巨量的Micro-LED芯片检测存在功率低下的问题，明显添加了显现器材的制造本钱。光致发光检测选用短波长、高能量的光来激起Micro-LED芯片中的取得LED芯片的吸收光谱、载流子寿数等，但并不能实在反映器材的作业状况。AOI检测技能只能挑选出有外观缺点的LED芯片，无法挑选出不能发光的Micro-LED芯片。
Micro-LED厂商总是期望在保存触摸型电致发光检测高精确度一起，进步检测功率、削减对芯片的损害，即无触摸电致发光检测方案。无触摸电致发光检测的优势在于它能够防止漏检率过高的问题，能够较为精确地取得Micro-LED芯片的电致发光功能。一起，检测功率能够比美光致发光检测和主动光学检测，可有用缩短工艺时刻。此外，无触摸电致发光检测能够完成批量的Micro-LED芯片检测（检测数量取决于检测探头的面积），而且不会对Micro-LED芯片施加任何外力，杜绝了因为检测而对芯片发生的额定损害。跟着Micro-LED在大屏幕、高清显现的迅猛展开，无触摸快速电致发光检测方案是大势所趋。
苏昊，李文豪，李俊龙，刘慧，王堃，张永爱，周雄图，吴朝兴，郭太良.晶圆级Micro-LED芯片检测技能研讨进展[J].液晶与显现, 2023,38(5):582-594.
郭太良，研讨员，博士生导师，全国优异教师，闽都立异试验室副主任，国家新式显现技能立异中心副主任，平板显现技能国家当地联合工程试验室主任。首要承当了863严重专项、国家基金、福建省严重科技项目等20多项科研项目，研制出具有自主知识产权的可显现视频图画的20英寸单色、25英寸QVGA五颜六色、VGA五颜六色、SVGA五颜六色、34英寸XGA五颜六色场致发射显现器，以及5、10、20和34英寸FED背光源，为低本钱、大尺度FED显现器和背光源的研制和工业化拓荒了一条全新途径。以排名榜首获福建省科技进步一等奖，我国产学研立异效果二等奖各一项，授权发明专利100多件，宣布学术论文280多篇。
吴朝兴，福州大学、福建省闽都立异试验室教授，博士生导师。长时间从事光电器材与新式显现技能使用根底研讨，聚集纳米像元显现技能（NLED）及根据无载流子注入技能的光电资料剖析测验研制。截止至2022年，取得我国授权发明专利23件，韩国授权发明专利5件，作为榜首作者/通讯作者在Nature Communications、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Energy、Advanced Functional Materials等期刊宣布论文70余篇。当选第一批福建省“雏鹰方案”青年优异人才、福建省引入高层次人才（A类）、福建省“闽江学者奖赏方案”。掌管“十四五”国家重点研制方案项目、国家自然科学基金、福建省自然科学基金等，取得福建省自然科学优异学术论文一等奖、韩国研讨开发优异效果奖。
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