半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法
摘要
系統(tǒng)地介紹了與發(fā)光二極管測(cè)試有關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義,在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了測(cè)試方法和測(cè)試裝置的要求。
1 前 言
半導(dǎo)體發(fā)光二極管是一種重要的光電子器件,它在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中均有非常廣泛的應(yīng)用.發(fā)光二極管雖小,但要準(zhǔn)確測(cè)量它的各項(xiàng)光和輻射參數(shù)并非一件易事.目前在世界范圍內(nèi)的測(cè)試比對(duì)還有較大的差異.鑒于此,CIE(國(guó)際照明委員會(huì))TC2-34小組對(duì)此進(jìn)行了研究,所提出的技術(shù)報(bào)告形成了CIE127-1997文件.
中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)光電器件專業(yè)分會(huì)根據(jù)國(guó)內(nèi)及行業(yè)內(nèi)部的實(shí)際情況,初步制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"發(fā)光二極管測(cè)試方法",2002年起在行業(yè)內(nèi)部試行.本文敘述了與發(fā)光二極管測(cè)試有關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義,在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了測(cè)試方法和測(cè)試裝置的要求,以期收到拋磚引玉之效果.
本文涉及的測(cè)試方法適用于紫外/可見光/紅外發(fā)光二極管及其組件,其芯片測(cè)試可以參照進(jìn)行。
2 術(shù)語(yǔ)和定義
2.1發(fā)光二極管 LED
除半導(dǎo)體激光器外，當(dāng)電流激勵(lì)時(shí)能發(fā)射光學(xué)輻射的半導(dǎo)體二極管。嚴(yán)格地講，術(shù)語(yǔ)LED應(yīng)該僅應(yīng)用于發(fā)射可見光的二極管；發(fā)射近紅外輻射的二極管叫紅外發(fā)光二極管（IRED,Infrared Emitting Diode）；發(fā)射峰值波長(zhǎng)在可見光短波限附近，由部份紫外輻射的二極管稱為紫外發(fā)光二極管；但是習(xí)慣上把上述三種半導(dǎo)體二極管統(tǒng)稱為發(fā)光二極管。
2.2光軸 Optical axis
最大發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度方向中心線。
2.3正向電壓VF Forward voltage
通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為確定值時(shí)，在兩極間產(chǎn)生的電壓降。
2.4反向電流IR Reverse current
加在發(fā)光二極管兩端的反向電壓為確定值時(shí)，流過(guò)發(fā)光二極管的電流。
2.5反向電壓VR Reverse voltage
被測(cè)LED器件通過(guò)的反向電流為確定值時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。
2.6總電容C Capacitance
在規(guī)定正向偏壓和規(guī)定頻率下，發(fā)光二極管兩端的電容。
2.7開關(guān)時(shí)間 Switching time
涉及以下概念的最低和最高規(guī)定值是10％和90％，除非特別注明。
2.7.1開啟延遲時(shí)間td(on) Turn-on delay time
輸入脈沖前沿最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最低規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。
2.7.2上升時(shí)間tr Rise time
輸出脈沖前沿最低規(guī)定值到最高規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。
2.7.3開啟時(shí)間ton Turn-on time
器件所加輸入脈沖前沿的最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最高規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。
ton= td(on)+tr
2.7.4關(guān)閉延遲時(shí)間td(off) Turn-off delay time
器件所加輸入脈沖后沿的最高規(guī)定值到輸出脈沖后沿最高規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。
2.7.5下降時(shí)間tf Fall time
輸出脈沖后沿最高規(guī)定值到最低規(guī)定值之間的時(shí)間間隔（見圖1）。
圖1 開關(guān)時(shí)間 延遲時(shí)間
2.7.6關(guān)閉時(shí)間toff Turn-off time
器件所加輸入脈沖后沿的最低規(guī)定值到輸出脈沖后沿最低規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。
toff =td(off)+tf
2.8光通量Φv Luminous flux
通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時(shí)，器件光學(xué)窗口發(fā)射的光通量。
2.9輻射功率Φe Radiant power
通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時(shí)，器件光學(xué)窗口發(fā)射的輻射功率。
2.10輻射功率效率ηe Radiant power efficiency
器件發(fā)射的輻射功率 與器件的電功率（正向電流 乘以正向電壓 ）的比值：
ηe =Φe/(IF?VF)
注：在與其它術(shù)語(yǔ)不會(huì)混淆時(shí)，可簡(jiǎn)稱為輻射效率 (Radiant efficiency)。
2.11光通量效率ηv Luminous flux efficiency
器件發(fā)射的光通量Φv 與器件的電功率（正向電流 IF乘以正向電壓 VF）的比值：
ηv =Φv/(IF?VF)
注：在與其它術(shù)語(yǔ)不會(huì)混淆時(shí)，可簡(jiǎn)稱為發(fā)光效率（Luminous efficiency）。
2.12發(fā)光（或輻射）空間分布圖及相關(guān)特性
2.12.1發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度Iv Luminous（or Radiant） intensity
光源在單位立體角內(nèi)發(fā)射的光（或輻射）通量，可表示為Iv =dΦ/dΩ。發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度的概念要求假定輻射源是一個(gè)點(diǎn)輻射源，或者它的尺寸和光探測(cè)器的面積與離光探測(cè)器的距離相比是足夠小，在這種情形，光探測(cè)器表面的光（或輻射）照度遵循距離平方反比定理，即E=I/d2 。這里I是輻射源的強(qiáng)度，d是輻射源中心到探測(cè)器中心的距離。把這種情況稱為遠(yuǎn)場(chǎng)條件。
然而在許多應(yīng)用中，測(cè)量LED時(shí)所用的距離相對(duì)較短，源的相對(duì)尺寸太大，或者探測(cè)器表面構(gòu)成的角度太大，這就是所謂的近場(chǎng)條件。此時(shí)，光探測(cè)器測(cè)量的光（或輻射）照度取決于正確的測(cè)量條件。
2.12.2平均LED強(qiáng)度 Averaged LED intensity
照射在離LED一定距離處的光探測(cè)器上的通量Φ與由探測(cè)器構(gòu)成的立體角Ω 的比值，立體角可將探測(cè)器的面積S除以測(cè)量距離d的平方計(jì)算得到。
I=Φ/Ω=Φ/(S/d2)
CIE推薦標(biāo)準(zhǔn)條件A和B(見7.2.1.2)來(lái)測(cè)量近場(chǎng)條件下的平均LED強(qiáng)度,可以分別用符號(hào)ILED A和ILED B來(lái)表示,用符號(hào)ILED Ae和ILED Av分別表示標(biāo)準(zhǔn)條件A測(cè)量的平均LED輻射強(qiáng)度和平均LED發(fā)光強(qiáng)度。
2.12.3發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度空間分布圖 Luminous（or Radiant）diagram
反映器件的發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度空間分布特性（見圖2）：
Iv(或Ie)=f(θ)
圖2 輻射圖和有關(guān)特性
注1：除非另外規(guī)定，發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布應(yīng)該規(guī)定在包括機(jī)械軸Z的平面內(nèi)。
注2：如果發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布圖形有以Z軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性，發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度空間分布圖僅規(guī)定一個(gè)平面。
注3：如果沒(méi)有以Z軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性，各種角度θ的發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布應(yīng)有要求，X、Y、Z方向要求可有詳細(xì)規(guī)范定義。
2.12.4半強(qiáng)度角θ1/2 Half-intensity angle
在發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布圖形中，發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度大于最大強(qiáng)度一半構(gòu)成的角度（見圖2）。
2.12.5偏差角Δθ Misalignment angle
在發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布圖形中，最大發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度方向（光軸）與機(jī)械軸Z之間的夾角（見圖2）。
2.13光譜特性
2.13.1峰值發(fā)射波長(zhǎng)λp Peak-emission wavelength
光譜輻射功率最大的波長(zhǎng)。
2.13.2光譜輻射帶寬Δλ Spectral radiation bandwith
光譜輻射功率大于等于最大值一半的波長(zhǎng)間隔。
2.13.3光譜功率（能量）分布P(λ) Spectral power distribution
在光輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)，各個(gè)波長(zhǎng)的輻射功率分布情況。
3 最大額定值
3.1 最低和最高儲(chǔ)存溫度（Tstg ）
3.2 最低和最高工作環(huán)境溫度或管基溫度（Tamb 或Tcase ）
3.3 最大反向電壓（VR ）
注：不可用于相互首尾相接的雙管器件。
3.4 在25℃環(huán)境或管基溫度時(shí)的最大連續(xù)正向電流（IF ）和減額定值曲線或減額定值系數(shù)。
3.5 在適當(dāng)?shù)胤剑谝?guī)定脈沖條件下，在25℃環(huán)境或管基溫度時(shí)的最大峰值正向電流（IFM ）
4 主要光電特性（見表1）
5 一般要求
5.1 試驗(yàn)條件
除非另有規(guī)定，器件的光電參數(shù)測(cè)試應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)條件進(jìn)行。
5.1.1 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件
溫度：15℃～35℃
相對(duì)濕度：20％～80％
氣壓：86kPa～106kPa
5.1.2 仲裁試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件
溫度：25℃±1℃；
相對(duì)濕度：48％～52％；
氣壓：86kPa～106kPa
5.1.3 環(huán)境條件
a） 測(cè)試環(huán)境應(yīng)無(wú)影響測(cè)試準(zhǔn)確度的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾；.
b） 除非另有規(guī)定，器件全部光電參數(shù)均應(yīng)在熱平衡下進(jìn)行；
c） 測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)接地良好。
5.2 參數(shù)要求
除非另有規(guī)定，器件測(cè)試應(yīng)采取預(yù)防措施和保持下述公差。雖然在有關(guān)文件中規(guī)定的測(cè)試條件嚴(yán)于下述公差，但在一般情況下，應(yīng)遵循下述規(guī)定的條件。
a） 偏置條件應(yīng)在規(guī)定值的±3％以內(nèi)；
b） 輸入脈沖特性，重復(fù)頻率和頻率等的誤差應(yīng)在±10％以內(nèi)；
c） 測(cè)量開關(guān)參數(shù)的誤差應(yīng)在±5％以內(nèi)；
d） 測(cè)量直流電參數(shù)誤差不大于±2％；
e） 測(cè)量輻射功率的誤差不大于5％；
f） 測(cè)量峰值輻射波長(zhǎng)的誤差不大于±2nm；
g） 測(cè)量半強(qiáng)度角誤差不大于10％；
h） 測(cè)量發(fā)光強(qiáng)度誤差不大于25％。
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