In Tiefenanalysen der LEDs durch eine Kombination von Röntgen Computertomographie (CT) und Lichtmikroskopie (LM) korrelierte mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM)
Summary
Ein Workflow für eine umfassende Mikro Charakterisierung aktiver optischer Geräte skizziert. Es enthält strukturelle sowie funktionelle Untersuchungen mit Hilfe von CT, LM und SEM. Das Verfahren ist für eine weiße LED demonstriert, die noch während der Charakterisierung betrieben werden kann.
Abstract
In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of micro-characterization, plays an important role. Commonly, different techniques like X-ray computed tomography (CT), light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM) are used separately. Similarly, the results have to be treated for each technique independently. Here a comprehensive study is shown which demonstrates the potentials leveraged by linking CT, LM and SEM. In depth characterization is performed on a white emitting LED, which can be operated throughout all characterization steps. Major advantages are: planned preparation of defined cross sections, correlation of optical properties to structural and compositional information, as well as reliable identification of different functional regions. This results from the breadth of information available from identical regions of interest (ROIs): polarization contrast, bright and dark-field LM images, as well as optical images of the LED cross section in operation. This is supplemented by SEM imaging techniques and micro-analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy.
Introduction
Dieser Artikel zeigt, das Potential und die Vorteile einer Kombination von Röntgencomputertomographie (CT) mit korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie (CLEM) für die beispielhafte in Tiefen Charakterisierung von Leuchtdioden (LED). Mit dieser Technik ist es möglich, die Mikro Herstellung der LED in einer solchen Art und Weise zu planen, dass, während ein Querschnitt mikroskopisch die elektrische Funktionalität in dem Rest der Probe abgebildet werden kann, erhalten bleibt. Das Verfahren hat einige einzigartige Eigenschaften: Zum einen die geplante Mikro Vorbereitung mit Hilfe des gerenderten Volumen der gesamten Probe durch CT erhalten; zweitens die Beobachtung der LED durch Lichtmikroskopie (LM) mit der gesamten Vielzahl von Abbildungstechniken verfügbar (hell und Dunkelfeld, Polarisationskontrast, etc.); Drittens Beobachtung der LED in Betrieb durch LM; viertens Beobachtung identischer Bereiche mit der vollen Vielfalt der Elektronenmikroskopie Bildgebungsverfahren, umfassend sekundäre eLectron (SE) und Rückstreuelektronen (BSE) Bildgebung, sowie Energie-Röntgenfluoreszenzspektroskopie (EDX).
LEDs für Beleuchtungsanwendungen sind so ausgelegt, um weißes Licht zu emittieren, auch wenn in bestimmten Anwendungen Farbvariabilität günstig sein kann. Diese breite Emission kann nicht durch die Emission von einem Verbindungshalbleiter erreicht werden, da LEDs Strahlung in einem schmalen Spektralbereich (ca. 30 nm Halbwertsbreite (FWHM)) emittieren. Daher weißes LED – Licht wird durch die Kombination einer blauen LED mit Leuchtstoffen häufig erzeugt , die die kurzwellige Strahlung in breite Emission über einen großen Spektralbereich 1 umwandeln. Farbe variable LED – Lösungen in der Regel die Verwendung von mindestens drei Primärfarben machen, die in der Regel führt zu höheren Marktpreisen. 2
Die Verwendung von entweder CT, LM oder SEM ist natürlich gut etabliert (zB in der Fehleranalyse für LEDs 3-15), aber dieumfassende und gezielte Kombination aller hier beschriebenen drei Techniken können neue Einblicke bieten und schnelleren Tracks auf sinnvolle Charakterisierung Ergebnisse ermöglichen.
Von 3D-Mikrostrukturanalyse des verpackten Gerätes in CT die Regionen von Interesse (ROIs) identifiziert und ausgewählt werden können. Bei dieser nicht-destruktive Verfahren können elektrische Verbindungen auch für weitere Vorbereitung identifiziert und berücksichtigt werden. Die genaue Vorbereitung eines 2D-Querschnitt ermöglicht Untersuchungen des Gerätes in Betrieb trotz der destruktiven Natur dieser Methode. Der Querschnitt kann nun durch CLEM 16,17 charakterisiert werden , die mit LM sowie SEM eine sehr effiziente und flexible Charakterisierung identisch ROIs ermöglicht. Durch diesen Ansatz können die Vorteile beider Mikroskopietechniken kombiniert werden. Zum Beispiel wird eine schnelle Identifizierung der ROIs in der LM gefolgt von hochauflösenden Abbildung in dem SEM. Aber darüber hinaus wird die Korrelation von Informationen ausdie LM (zB Farbe, optische Eigenschaften, Partikelverteilung) mit den Visualisierungs- und Analysetechniken der SEM (zB Partikelgröße, Oberflächenmorphologie, Elementverteilung) ermöglicht ein tieferes Verständnis der Funktionsverhalten und Mikrostruktur innerhalb einer weißen LED.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Vorteile dieser multimodal Ansatz bestehen in der ortsabhängige Korrelation der erfassten Daten. Die multimodalen Ansatz, der hier beschrieben werden, sollten getrennt in nachfolgenden Analysen mit jeder Technik gegenübergestellt werden. Zum Beispiel Lumineszenzeigenschaften sichtbar in LM können Zusammensetzungen verbunden werden, wie unter Verwendung von SEM / EDS detektiert. Das Volumen Informationen von CT erhalten wird, kann erweitert werden mit in der Tiefe analysiert von Querschnitten in gezielt vorbereite…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen freundlich finanzielle Unterstützung von der "Akademischen Gesellschaft Lippstadt" sowie aus dem "Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen". Fotografien in den Abbildungen 1, 2 und 5 mit freundlicher Genehmigung von Markus Horstmann, Hamm-Lippstadt FH.
Materials
| X-Ray Computer Tomograph | General Electric | not applicable | type: nanotom s research edition |
| acquisition software | General Electric | not applicable | phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual |
| reconstruction software | General Electric | not applicable | phoenix Datos| x2 acquisition and corresponding manual |
| rendering software | Volume Graphics | not applicable | VGStudio Max 2.2 and corresponding manual |
| grinder (manual) | Struers | 5296327 | Labopol 21 |
| sample holder | Struers | 4886102 | UniForce |
| grinder (automated) | Struers | 6026127 | Tegramin 25 |
| epoxy resin/hardener | Struers | 40200030/40200031 | Epoxy fix resin / Epoxy fix hardener |
| Ethanol | Struers | 950301 | Kleenol |
| Light Microscope | Zeiss | not applicable | Axio Imager M2m |
| Electron Microscope | Zeiss | not applicable | Sigma |
| CLEM software | Zeiss | not applicable | Axio Vision SE64 Rel.4.9 and corresponding manual |
| CLEM sample holder | Zeiss | 432335-9101-000 | Specimen holder CorrMic MAT Universal B |
| SEM Adapter for CLEM sample holder | Zeiss | 432335-9151-000 | SEM Adapter for Specimen holder CorrMic MAT Universal B |
| sputter coater | Quorum | not applicable | Q150TES |
| EDS detector | Röntec | not applicable | X-Flash 1106 |
| solder | Stannol | 535251 | type: HS10 |
| LED | Lumileds | not applicable | LUXEON Rebel warm white, research sample |
References
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