厦门大学电子科学与技术学院吕毅军教授、陈忠教授团队依托自主构建的超快门控高光谱成像系统（Ultrafast-Gated Hyperspectral Imaging, UGHSI），围绕Micro/Mini-LED器件空间非均匀发光、侧壁损伤影响及载流子复合动力学等关键问题，开展空间-光谱-时间多维分辨电致发光新型表征技术与机理分析研究。相关成果先后发表于IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement、Applied Physics Letters和ACS Photonics 等国际权威期刊，并在第二十届中国研究生电子设计竞赛全国总决赛中获团队一等奖。
Micro/Mini-LED作为新一代显示与光通信技术的重要器件，具有高亮度、高效率、快响应和长寿命等优势，在AR/VR显示、车载显示、可见光通信等领域具有广阔应用前景。然而，随着器件尺寸持续缩小，侧壁刻蚀损伤、电流扩展不均匀、局域缺陷和载流子复合非均匀性等问题日益突出，传统稳态光电表征方法难以全面揭示器件在真实电驱动条件下的瞬态发光行为。针对这一问题，研究团队自主搭建了UGHSI系统，实现了对Micro/Mini-LED器件发光过程的空间-光谱-时间多维信息同步获取，为器件局域瞬态光电特性研究提供了新的实验平台。
在系统平台构建方面，团队林苡等人在国际权威期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》发表题为 “Ultrafast Gated Hyperspectral Imaging System for Spatial-Spectral-Temporal-Resolved Electroluminescence of Miniaturized Light-Emitting Diodes” 的论文。该工作提出并验证了一套面向Mini/Micro-LED的超快门控高光谱成像系统，可同步获取器件的二维空间分布、光谱演化和时间响应信息，实现亚微米级空间分辨和500 ps时间分辨的二维时间分辨电致发光测量。同时，研究团队建立了考虑电脉冲下降沿影响的优化荧光寿命模型，提高了荧光寿命提取的准确性，并通过Mini-LED和Micro-LED样品的二维寿命成像，揭示了mesa区域与侧壁区域在载流子分布和复合行为上的差异，为后续多维瞬态表征研究奠定了方法基础。
Fig. 1. (a) Schematic of the UGHSI system for 2-D microscopic TREL measurement. (b) Signal time-sequence diagram.
团队林苡等人进一步将UGHSI系统与扫描电子显微镜（SEM）结构信息相结合，开展了Micro-LED侧壁损伤的空间影响范围和影响强度的定量评估研究工作。相关成果以 “Quantitative evaluation of sidewall impact in micro-LEDs by ultrafast-gated hyperspectral imaging microscopy” 为题发表于国际知名期刊《Applied Physics Letters》。该研究通过时间分辨光谱参数、荧光寿命分布和SEM形貌的联合分析，实现了Micro-LED侧壁影响区域（Sidewall Impact Region, SIR）的精确定位，并提出侧壁影响指数（Sidewall Impact Index, SII），用于综合表征侧壁影响的空间范围和作用强度。研究结果表明，侧壁效应的影响范围并不局限于几何mesa边界，而会向器件内部延伸；随着器件尺寸减小，侧壁影响在有效发光区域中所占比例进一步增加。该工作为侧壁钝化工艺优化、器件结构设计和小尺寸Micro-LED可靠性提升提供了定量分析方法和实验依据。
Fig. 2. (a) and (b) SEM top views with contours. (c) and (d) Fluorescence lifetime mappings. (e) and (f) Lifetime profiles along the horizontal ROI. (g) and (h) Time-resolved centroid wavelength line profiles. (i) and (j) Centroid wavelength redshift profiles (0–20 ns).
在载流子注入与复合动力学研究方面，团队林苡和江云峰等人进一步将UGHSI系统应用于Mini-LED载流子注入瞬态过程研究，相关成果以 “Spatial-spectral-temporal dynamic investigation during carrier injection in mini-light emitting diodes” 为题发表于中国科学院1区TOP期刊《ACS Photonics》。该研究围绕电注入初期发光瞬态过程，获取了Mini-LED上升沿阶段的四维时间分辨电致发光数据，并引入改进的时间依赖ABC模型，实现了对SRH非辐射复合、辐射复合和Auger非辐射复合通道的空间-时间分辨分析。该工作建立了面向Micro/Mini-LED上升沿载流子复合动力学的多维定量分析方法，为理解器件结构相关的瞬态发光行为和效率建立机制提供了新的实验思路。
Fig. 3. Time-resolved 2D spatial distributions of the recombination fractions FA, FB, and FC under 1.5 V bias.
除系列论文成果外，团队还将UGHSI系统建设与Micro-LED检测应用相结合，形成了具有完整性和应用导向的研究生创新实践成果。在第二十届中国研究生电子设计竞赛中，参赛作品“超快多维显微高光谱系统——应用于微型LED的检测”荣获全国总决赛团队一等奖。该作品由厦门大学何秋怡、林苡、江云峰共同完成，指导教师为吕毅军教授。
厦门大学为上述研究成果的主要完成单位。相关研究得到国家自然科学基金、工信部相关项目、福建省技术创新重点攻关及产业化项目等支持。
