LED（Light-EmittingDiode，縮寫(xie) LED）是發光二極管的簡稱，2009年下半年開始，LED市場出現大飛躍，作為(wei) 高成長性的新興(xing) 產(chan) 業(ye) ，預計到2015年，LED產(chan) 業(ye) 規模將突破5000億(yi) 元，其中普通照明行業(ye) 1600億(yi) 元，大尺寸液晶電視背光行業(ye) 1200億(yi) 元，汽車照明行業(ye) 200億(yi) 元、普通照明行業(ye) 1600億(yi) 元，景觀、顯示等行業(ye) 1000億(yi) 元。

    LED產(chan) 業(ye) 鏈條大致可以分為(wei) 三個(ge) 部分，分別是上遊基片生長、外延片製造，中遊的芯片封裝和下遊的應用產(chan) 品。在整個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈中，最核心的部分在基片生長和外延片製造環節，二者技術含量比較高，占全行業(ye) 近70%的產(chan) 值和利潤。

    LED產(chan) 業(ye) 發展趨勢當前，受國際、國內(nei) 市場的影響，在“國家半導體(ti) 照明工程”的推動下，我國的LED產(chan) 業(ye) 初步形成了包括LED上遊的襯底材料、LED外延片的生產(chan) 、LED芯片的製備、LED芯片的封裝以及LED產(chan) 品應用在內(nei) 的較為(wei) 完整的產(chan) 業(ye) 鏈。

    眾(zhong) 所周知半導體(ti) 發光二極管具有高轉換效率、壽命長等優(you) 點，被認為(wei) 是下一代光源並將會(hui) 取代目前使用的傳(chuan) 統光源。然而就目前發光二極管的性能來看，要達到這一目的還有很多技術難點有待克服，需要在材料分析表征、器件分析技術等方麵加大研究力度。在發光二極管器件的封裝結構以及芯片的結構、組分和界麵狀況的分析技術中光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線能譜、二次離子質譜儀(yi) 等設備成為(wei) 器件的失效及結構分析，外延工藝的監控、改進和提高必不可少的分析工具。

    下文將簡單介紹蔡司的光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡在LED生產(chan) 中過程中的部分應用。

    一、蔡司光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡在LED上遊襯底材料中（藍寶石材料）的具體(ti) 應用：

    1、藍寶石襯底材料介紹

    由於(yu) 藍寶石的絕緣性好，介電損耗小，耐高溫，耐腐蝕。導熱性好，在機械強度足夠高。且能加工成平整的表麵。透光波段寬。因此廣泛用於(yu) 工業(ye) ，國防，科研多個(ge) 領域。同時也是一種用途廣泛的發光二極管的上好的襯底材料。在生成的發光二極管是最有前途成為(wei) 高亮度發光二極管族類中藍寶石襯底基片所下一代日光燈光源的半導體(ti) 發光器襯底材料。目前這些高亮度的發光二極管已經被廣泛地應用在廣告、交通燈、儀(yi) 表燈；及手術燈等領域。隨著高亮度發光二極管應用的日益廣泛

    LED藍寶石(Sapphire)是一種氧化鋁的單晶，又稱剛玉。藍寶石晶體(ti) 具有優(you) 異的光學性能、機械性能和化學穩定性，強度高、硬度大、耐衝(chong) 刷，可在接近2000℃高溫的惡劣條件下工作。根據研究表明，目前能應用於(yu) LED的襯底材料隻有四種。藍寶石作為(wei) 一種重要的技術晶體(ti) ，目前已在LED行業(ye) 形成了較為(wei) 風尚和成熟的應用。

    2、應用

    采用蔡司的偏光顯微鏡可以鑒定藍寶石晶體(ti) 的異常雙折射現象。在特定情況下，借助錐光鏡，可以觀察晶體(ti) 的幹涉圖，確定晶體(ti) 的軸性，用於(yu) 觀察各個(ge) 晶圓的方向是否統一，以此來判斷基片的好壞。

    二、蔡司顯微鏡，掃描電鏡在LED外延片的生產(chan) 、LED芯片的製備流程中的應用

    1、LED外延片介紹

    LED外延片生長的基本原理是：在一塊加熱至適當溫度的襯底基片(主要有藍寶石和、SiC、Si)上，氣態物質InGaAlP有控製的輸送到襯底表麵，生長出特定單晶薄膜。目前LED外延片生長技術主要采用有機金屬化學氣相沉積方法（MOCVD）

    2、LED芯片介紹

    LED芯片也稱為(wei) LED發光芯片，是led燈的核心組件，也就是指的P-N結。其主要功能是：把電能轉化為(wei) 光能，芯片的主要材料為(wei) 單晶矽。半導體(ti) 晶片由兩(liang) 部分組成，一部分是P型半導體(ti) ，在它裏麵空穴占主導地位，另一端是N型半導體(ti) ，在這邊主要是電子。但這兩(liang) 種半導體(ti) 連接起來的時候，它們(men) 之間就形成一個(ge) P-N結。當電流通過導線作用於(yu) 這個(ge) 晶片的時候，電子就會(hui) 被推向P區，在P區裏電子跟空穴複合，然後就會(hui) 以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決(jue) 定的。

    3、應用：

    a)利用掃描電鏡檢測外延片生長後晶麵的位錯腐蝕形貌信息；

    晶麵的位錯腐蝕形貌提供的意義(yi) ：各個(ge) 樣品的位錯腐蝕呈現不同的形狀和晶體(ti) 所屬點群和晶體(ti) 的結構所決(jue) 定，化學腐蝕劑的作用就是破壞晶體(ti) 內(nei) 部分子和原子間相互作用鍵，鍵力較小的首先被破壞，從(cong) 而形成某種特定形狀的腐蝕斑，因此良好的成像，已經腐蝕斑細節的完美呈現，能完全體(ti) 現出晶體(ti) 生長的質量形態。

    提高外延晶格質量和降低材料缺陷，是生產(chan) 出高性能及高可靠性LED器件的前提，否則通過其他途徑是難以彌補的。明確了LED外延材料晶體(ti) 質量對器件可靠性的影響，通過對外延材料的質量控製，以期減少材料缺陷密度，提高外延層晶體(ti) 質量和有效提高LED器件的可靠性。

    b)封裝前的芯片檢驗：用光學顯微鏡檢查材料表麵，確定是否有機械損傷(shang) 及麻點、芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求，電極圖案是否完整。

    c)LED芯片氧化厚度：檢測技術包括顏色比較、邊緣記數、幹涉、橢偏儀(yi) 、刻紋針振幅儀(yi) 和掃描電子顯微鏡；

    d)芯片晶圓結深的測量：掃描電鏡對LED芯片晶圓PN結結深的厚度檢測

    e)掃描電鏡在LED芯片刻蝕過程中表麵粗化工藝研究的應用：表麵粗化技術解決(jue) 因為(wei) 半導體(ti) 材料折射率（平均3.5）大於(yu) 空氣折射率而使入射角大於(yu) 臨(lin) 界角的光線發生全反射無法出射所造成的損失。光在粗化表麵的出射有很大的隨機性，需要大量實驗來研究粗糙度與(yu) 粗化尺度對出光率的影響。光從(cong) 高折射率的LED窗口層材料GaP入射到低折射率的空氣中，會(hui) 產(chan) 生全反射現象，而損失大量的出射光。用表麵粗化法可以抑製全反射提高光提取效率。掃描電鏡能夠直接觀察表麵粗化後樣品表麵的結構，對比粗化處理前後表麵的粗糙度。掃描電鏡景深大，圖象富有立體(ti) 感，可觀察經過粗化處理的表麵三維島狀結構。

    三、蔡司光學顯微鏡及掃描電鏡在LED成品器件失效分析中的應用。

    采用掃描電鏡和X射線能譜分析儀(yi) 可以對由於(yu) 熱過載引起的大功率發光二極管分層和發黑失效進行分析。分析結果表明，由於(yu) 發光二級管的輸入電流增大，芯片結溫升高產(chan) 生熱過載引起芯片與(yu) 環氧樹脂透鏡之間出現熱應力失配，加之環氧樹脂材料容易受潮膨脹而產(chan) 生應力，最終導致發光二極管在芯片表麵與(yu) 環氧樹脂的界麵產(chan) 生分層。與(yu) 芯片表麵接觸的環氧樹脂材料在高溫的作用下產(chan) 生老化，降解後的環氧樹脂內(nei) 部結構發生明顯改變，形成C的單質及其氧化物沉積在芯片表麵，這是芯片表麵發黑的主要原因。