量測系統架設

量測系統方面，總共分為四個部分，分別為LED電特性量測、LED積分球 量測、低頻電雜訊量測及低頻雜訊重複取樣量測，以下為四種量測方式介紹。

3.3.1 LED直流電特性量測系統

半導體元件最基礎的即是I-V曲線，可用於量測二極體起始電壓、順逆偏漏 電情況…等，進而分析出串、並聯電阻(Series and parallel Resistance)，理想因子 (Ideality factor, n)。本論文使用Agilent B1500A進行直流量測分析，圖3-24為 B1500A外觀展示圖。

圖 3-24 B1500A外觀

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3.3.2 LED積分球量測系統

積分球量測系統用於LED光源強度量測，藉由積分計算球體內每塊區域的 收光配合輔助燈校正，可以得知LED的出光強度進而計算外部量子效率、繪製 L-I-V曲線。也可以測量色彩的特性，如CIE的色度座標值、相對色溫、流明值及 演色性。圖3-25為積分球量測系統外觀展示圖。

圖 3-25 積分球量測系統外觀

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3.3.3 低頻電雜訊量測系統

雜訊量測系統由三個部分組成，LED、電流放大器SR570 (Current Amplifier)、

頻譜分析儀SR770 (Spectral Analyzer)。LED避免受到外界電波(電器用品交流電訊 號)干擾，必須置於鐵盒中以杜絕電磁波。由於在低電流時雜訊振幅相當小，所 以需要放大器放大訊號。對於放大倍率(Sensitivity)，我們選擇對訊號頻寬影響最 小的1mA/V，其頻寬最大可至1M Hz。另外在量測前也需要校正放大器，避免輸 入和輸出端有誤差，最簡單的方式是關閉儀器輸出，此時若有量測到電流即是機 器本身的誤差，可以利用位移電壓(Offset voltage)修正。儀器設置方面，首先將 LED接至電流放大器SR570輸入端，元件所需偏壓亦由SR570提供，再將SR570 輸出端接至頻譜分析儀SR770。SR770量測頻率範圍為0至97.41Hz，雜訊訊號平 均1000次、自動設定Input range (Auto-range)，雜訊強度單位為dBV/√Hz。注入電 流由30 μA至3 mA，電流太低則無法量到雜訊訊號，若太大則放大器會有過載 (Overload)的問題。但整體來說小電流確保元件在量測過程中不會受到損傷及老 化，這也是以雜訊分析LED品質的好處。圖3-26是架設完成的雜訊量測系統，LED 位於黑色鐵箱中，將線接至SR570輸入端，再將輸出端接至SR770，儀器設定如 上所述，圖3-27為儀器架設及設定示意圖。

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圖 3-26 雜訊量測系統

圖 3-27 儀器架設及設定示意圖

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3.3.4 低頻雜訊重複取樣量測系統

此量測系統可分為四個部份，LED、電流放大器(SR570)、電壓放大器(SR560)、

頻譜分析儀(SR780)。SR570設置如3.3.3節所述，並提供量測所需電壓。另外增 設SR560作為訊號緩衝之用，降低進入SR780之訊號振幅。所以我們將SR560的 增益(Gain)設為1，並關閉濾波器功能，使個頻率的訊號都能進入頻譜分析儀。

儀器架設方面，首先將LED接至SR570輸入端，再將其輸出端接至SR560輸入端，

最後輸出端接至SR780，即完成儀器架設。SR780量測時設定單位為Vrms/√Hz，

先在頻域(Frequency Domain)下抓取全頻域雜訊頻譜(Full-span spectrum)，接著再 切換至時域(Time Domain)以GPIB線做連結配合電腦程式抓取時域頻譜，最後利 用電腦進行傅立葉轉換再和先前取得的全頻頻譜組合，即可得到一張頻率可低至 0.1 Hz的雜訊頻譜。圖3-28為架設完成的重複取樣雜訊量測系統，圖3-29為儀器 架設及設定示意圖。

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圖 3-28 重複取樣雜訊量測系統

圖 3-29 儀器架設及設定示意圖

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圖4-3為三種基板LED在注入電流為100mA時的電激發光譜(EL spectrum)，

GaN基板LED、PSS LED、平面藍寶石基板LED的最大強度依序為979.132a.u.、

687.994a.u.、574.404a.u.，對應的波長分別為445.2nm、445.6nm、445.8nm，此波 長為藍光。說明了使用GaN基板的LED由於有較少的缺陷，因此出光較強，同時 相同的波長代表三種LED有著相同的主動層結構。而半高寬(FWHM) GaN基板 LED、PSS LED、平面藍寶石基板LED依序是33 nm、34 nm、36 nm，也說明了 GaN基板LED有較佳的光特性。

最後整理成一張表4-1，內有三種基板LED的順向偏壓、逆向漏電流、出光 強度、FWHM。