填补微型LED晶圆无损检测技术空白的天大新成果

近日，天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室、精密仪器学院感知科学与工程系黄显团队突破微型LED晶圆测试瓶颈，完成微型LED晶圆高通量无损测试。研究成果于6月13日在电气期刊《自然-电子学》上发表。

据报道，微型LED一般被认为是下一代高端显示技术的关键组成部分。然而，其高密度和微米级的结构类型对配备微型LED的晶圆媒体制造良率提出了严格的挑战。如果最终产品的100%良率得不到保证，终端设备的维修成本将非常巨大。因此，检测微型LED晶圆尤为重要。

然而，传统的刚度测试探针，如“铁笔雕刻玉石”，一旦接触到晶圆，就会对晶圆表面造成不可逆的物理损伤。常见的视觉表面缺陷测量和光致发光检测方法只能“观察大概”，漏检率和错误检测率较高。因此，如何实现从生产到终端集成的微型LED晶圆的良率检测，一直是困扰行业的难题，也阻碍了大型显示屏、柔性显示屏等基于微型LED的终端设备的量产。

对此，研究小组首次提出了一种基于柔性电子技术的大量LED晶圆的无损接触式电致发光检测方法，该方法构建了三维结构柔性探针阵型，包括弹性微柱阵型和可延伸的柔性电极阵型。该阵型以其“柔软刚性”的特点，自适应变形测量对象的表面形状，精确适应晶圆表面1-5μm的高度差，以0.9兆帕的“呼吸压力”触摸晶圆表面，仅为传统刚度探针接触应力的万分之一，远低于金属焊接层的屈服强度。

该技术不仅不会造成晶圆表面的磨损，还会减少探针本身的磨损，使探针在100万次触摸测量后仍然“看起来一如既往”，明显高于传统刚度探针触摸测量的使用寿命约10万次。研究发现，即使在100μ在m极限变形下，探针结构的应力一直远低于材料“抗压红线”。

此外，研究还根据不同的固化温度和填料比例对应力和缩水率进行建模，以确保探针在微尺度制造中的高度一致性和高精度匹配。

此外，该团队还开发了一个与3D软探头相匹配的检测系统。该系统拥有球形探头调平设备，可以保证探头与LED晶圆平行。底部观察系统通过同轴光路和分光棱镜即时观察晶圆点亮情况，并进行波长分布测量。同时，检测系统还可以测量探头下压的高速电学和压力，以确保获得丰富的LED晶圆电学和光学信息。通过探头与检测系统的协调，为微型LED产品的高效工艺控制和优秀产品的选择提供了关键工具。

据悉，本研究在柔性电子和半导体测试领域取得了重大突破，打破了微型LED大规模电致发光检测的技术瓶颈，开创了微型LED晶圆高通量、无损检测技术，完成了微型LED电致发光检测技术从零到一的突破，给了CPU等其他复杂晶圆、FPGA检验提供了革命性的技术规范。