鎖相放大器OE2031在發(fā)光LED的微分載流子壽命(DLT)測量方面應(yīng)用

2023年，廈門大學電子科學與工程學院電子科學系陳忠教授和呂毅軍教授團隊在IEEE發(fā)表了一篇題為《Study on the Carrier Lifetime of RGB Mini-Light-Emitting Diodes Based on Phase-Sensitive Detection》的文章，首次提出了一種適用于電致發(fā)光LED的微分載流子壽命(DLT)測量方法，該方法的測量電流低至0.1mA，具有高抗噪性和低測量誤差等優(yōu)點，同時該方法還可以獲取LED的結(jié)電容和微分電阻。

基于速率方程和相敏檢測技術(shù)，該團隊研究了紅、綠、藍三種迷你LED的微分載流子壽命與注入電流密度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著注入電流密度的增加，相同LED的微分載流子壽命減小，而綠色迷你LED的微分載流子壽命下降速度比藍色迷你LED更快。

樣品 & 測試

文章使用鎖相放大器對LED的收發(fā)信號電纜進行相位校準并測量不同工作頻率下的相位延遲，從而測量出在不同的注入電流和交流頻率下，LED的微分載流子壽命。

賽恩科儀鎖相放大器(OE2031)接收外部直流輸入，將交流(光電探測器輸入信號)和直流信號相加，之后利用內(nèi)部參考時鐘產(chǎn)生振幅為50mV的正弦交流電壓信號，并驅(qū)動LED。LED發(fā)出的光穿過積分球和光纖，然后分別被光譜儀和PIN光電探測器接收。光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送給鎖相放大器，而同時光譜儀獲取LED的光譜。

其中光纖在光路中起到分光的作用。光電探測器的響應(yīng)頻率應(yīng)遠遠高于檢測頻率，至少是檢測頻率的2倍，以滿足奈奎斯特采樣定理。光電探測器帶寬為1 GHz，滿足測試要求。考慮系統(tǒng)的輸入噪聲和工作頻率，測試過程中鎖相放大器的時間常數(shù)統(tǒng)一設(shè)為1毫秒。

(a)收發(fā)信號電纜的相位延遲，(b)不同的工作頻率的藍色迷你LED的微分載流子壽命，(c)電纜相位延遲補償前后的藍色迷你LED的微分載流子壽命(見文章圖6)

如圖(a)所示，通過DSP鎖相放大器測試了發(fā)送和接收信號電纜的相位延遲。發(fā)現(xiàn)隨著工作頻率的增加，電纜的相位延遲變得更為嚴重，而LED光信號的交流振幅減小。此外，當LED以低頻率運行時，相位差很小，而系統(tǒng)在相位測量中的相對誤差增加。

如圖(b)所示，以藍色迷你LED的結(jié)果為代表數(shù)據(jù)，微分載流子壽命結(jié)果波動較大，并且當系統(tǒng)在100 kHz和10 MHz運行時，測試誤差增加;然而，在500 kHz到1 MHz的范圍內(nèi)，測試結(jié)果穩(wěn)定，這符合用于確定微分載流子壽命的相位微分法建議的頻率范圍。

圖(c)顯示了在對電纜的相位延遲進行補償之前和之后，藍色迷你LED的微分載流子壽命結(jié)果。結(jié)果顯示，如果不考慮電纜的相位延遲，測試結(jié)果的數(shù)值將大得多。

總結(jié)

該文章根據(jù)速率方程和鎖相放大器的相敏檢測原理，推導(dǎo)出微分載流子壽命的檢測原理;并提出了一種新的微分載流子壽命的檢測方法，該方法使用鎖相放大器來鎖定待測光信號并濾除高頻和噪聲信號，實現(xiàn)了對弱光信號(可低至0.1mA)的檢測。與以前的方法相比，該測量方法具有更高的測量精度，而且比基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量LED帶寬以確定載流子壽命的方法和TRPL方法更為經(jīng)濟且簡單。

審核編輯 黃宇