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香港科技大学/南方科技大学,Nature Photonics!
学术
2024-10-18 18:06
陕西
【研究背景】
随着氮化铝镓(
AlGaN
)深紫外(
UVC
)微发光二极管(
micro-LEDs
)技术的发展,
UVC
微
LED
因其在无掩模光刻等应用中的潜力,逐渐成为研究热点。然而,目前这一技术仍面临光输出功率不足和效率低下等挑战,这严重限制了
UVC
微
LED
在实际应用中的推广和发展。
为了解决这些问题,香港科技大学
Feng Feng
等,南方科技大学刘召军教授等携手致力于优化微
LED
的制造工艺和光电特性,尤其是在小尺寸(
3 µm
到
100 µm
)微
LED
的开发上。研究结果表明,
3 µm
的
UVC
微
LED
达到创纪录的外量子效率峰值为
5.7%
和最大亮度为
396 W cm
–
2
。此外,
2540
像素每英寸的
UVC
微
LED
阵列表现出良好的发光均匀性和光束整形能力,为高分辨率光刻提供了可能性。
基于此,研究者们设计了
320
×
140
分辨率的
UVC
微显示屏,专门用于无掩模光刻应用,通过定制的集成电路驱动器实现了最佳性能。这些进展使得
UVC
微
LED
能够在数秒内完全曝光光刻胶,展示了在光刻领域的广阔应用前景。因此,这项研究不仅为
UVC
微
LED
的发展提供了新的思路,也为无掩模光刻技术的实施开辟了新的道路,预示着在半导体行业的潜在革命性进展。以上成果在“
Nature Photonics
”期刊上发表了题为“
High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography
”的最新论文。
【研究亮点】
1
)
本研究首次展示了氮化铝镓(
AlGaN
)深紫外(
UVC
)微发光二极管(
micro-LEDs
),其尺寸范围从
3 µm
到
100 µm
,特别是
3 µm
微
LED
实现了创纪录的外量子效率(
EQE
)
5.7%
和光输出密度
396 W cm
–
2
。这为
UVC
微
LED
的高效应用奠定了基础。
2
)
实验通过对
UVC
微
LED
进行光电特性表征,评估了不同尺寸微
LED
的性能。结果表明,
3µm
微
LED
具有显著的发光能力,而大尺寸微
LED
在效率和功率方面仍存在挑战。同时,
2540
像素每英寸的
UVC
微
LED
阵列展现了良好的发光均匀性和光束整形能力,适合用于高分辨率显示。
3
)
本文还成功构建了分辨率为
320
×
140
的
UVC
微显示屏,采用翻转芯片焊接技术和定制的
CMOS
集成电路驱动器,以优化其性能。该微显示屏能够实现对光刻胶的短时间曝光,为无掩模光刻应用提供了有效的解决方案。
【图文解读】
图
1:
制造深紫外
ultraviolet
,
UVC
微发光二极管
light-emitting diode
,
LED
。
图
2:
独立深紫外
UVC
微发光二极管
LED
表征。
图
3:
并联深紫外
UVC
微发光二极管
LED
阵列。
图
4:
深紫外
UVC
微发光二极管
LED
显示器及其在图案转移上的应用。
【总结展望】
开发高功率铝镓氮(
AlGaN
)深紫外(
UVC
)微发光二极管(微
LED
)一直是一项挑战,这特别限制了这些器件的各种应用。然而,先进的制造工艺已经发展出来,能够演示出高效的
270 nm UVC
微
LED
以及具有高分辨率的大型
UVC
微
LED
显示屏,用于无掩模光刻。对尺寸范围为
3 µm
至
100 µm
的
UVC
微
LED
进行了光学和电气特性表征,以评估这些新兴设备。
3 µm
的器件达到了创纪录的峰值外量子效率(
EQE
)
5.7%
和最大亮度
396 W cm
–2
。此外,采用背面反射层的
2540
像素每英寸(
ppi
)并联连接的
UVC
微
LED
阵列展现了发光均匀性和准直性。分辨率为
320×140
的
UVC
微
LED
显示器专为无掩模光刻应用而设计,利用定制的集成电路驱动器以实现最佳性能。得益于其增强的电流扩散均匀性、改善的热散逸和卓越的光提取效率,
UVC
微
LED
和
UVC
微显示器能够在几秒钟内提供足够的剂量以完全曝光光刻胶薄膜。这项工作可能为无掩模光刻开辟了一条新路,可能会在半导体行业带来革命性的进展。
原文详情:
Feng, F., Liu, Y., Zhang, K. et al. High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography. Nat. Photon. (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-024-01551-7
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