IF=32.3!南科大/香港科技大学,Nature Photonics!

研究背景
氮化铝镓(AlGaN)深紫外(UVC)微发光二极管(micro-LED)是新兴的光电子设备,因其在杀菌消毒、光刻等领域的广泛应用而成为了研究热点。然而,开发具有足够功率的UVC微LED面临诸多挑战,包括光输出功率(LOP)不足、外量子效率(EQE)低以及发热管理问题,这些问题限制了其在实际应用中的效能与稳定性。
成果简介
为了解决这些问题,香港科技大学Feng Feng以及南方科技大学刘召军教授团队携手通过优化制造工艺、提升材料品质及改进器件设计,致力于提高UVC微LED的性能。研究显示,该研究实现了270 nm UVC微LED,显示出高达5.7%的EQE和396 W cm–2的光输出密度,这一成果为微型LED的实际应用奠定了基础。
此外,本研究还开发了2540像素每英寸的UVC微LED阵列,展现出优异的光均匀性和光束整形能力,能够满足无掩模光刻的高分辨率需求。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。
本研究通过对UVC微LED和微显示屏的全面表征,研究者们证明了这些新型设备能够在数秒内充分曝光光刻胶,开创了无掩模光刻的新路径。这一研究不仅推动了UVC微LED的技术进步,也为半导体行业的未来发展提供了新的方向。
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研究亮点
(1)实验首次展示了氮化铝镓(AlGaN)深紫外(UVC)微发光二极管(micro-LEDs)在尺寸为3 μm至100 μm范围内的光电特性,取得了出色的外量子效率和光输出密度。特别是,3 μm微LED设备达到了创纪录的峰值外量子效率为5.7%和最大亮度为396 W cm–2
(2)实验通过优化制造工艺和设计新型UVC微LED阵列,实现了2540像素每英寸的高分辨率显示。UVC微LED阵列采用后侧反射层,展现了良好的发光均匀性和光束整形能力,进一步增强了光输出性能。这些UVC微LED显示屏的分辨率为320 × 140,特别设计用于无掩模光刻应用,利用定制的集成电路驱动器以实现最佳性能。
(3)通过对UVC微LED和微显示屏的表征,研究显示其在光刻胶曝光中能够在数秒内提供足够的光剂量,显著改善了光刻过程的效率。这些微LED的优越电流扩散均匀性、热散发性能以及光提取效率,为短时间内的UV光刻应用提供了新的可能性,展示了其在半导体行业中的潜在革命性应用。
图文解读
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图1: 制造深紫外ultraviolet,UVC微发光二极管light-emitting diode,LED。
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图2: 独立深紫外UVC微发光二极管LED表征。
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图3:并联深紫外UVC微发光二极管LED阵列。
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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。
结论展望
本文展示了高效270 nm UVC微LED及其显示器的制造和表征,强调了小尺寸微LED在无掩模光刻中的重要性。这一研究为微电子学和光刻技术提供了新的视角,尤其是在制造高效、环境友好的光源方面。通过实现显著的峰值外量子效率(EQE)和光输出密度(LOP),这项研究不仅揭示了微LED在图像显示中的灵活性和优越性,还为未来无掩模光刻技术的发展奠定了基础。
此外,UVC微LED的应用潜力也在不同尺寸的电学和光学特性评估中得到了充分体现。研究表明,随着微LED尺寸的减小,其光学特性呈现出正相关关系,这为微米级显示技术的优化提供了重要数据。通过与定制的CMOS集成电路驱动器结合使用,微显示器在高驱动能力和灵活图案显示方面展现了显著的进展,推动了微显示器的商业应用。
因此,本文的成果为微LED技术的进一步发展和广泛应用提供了强有力的支持,促进了半导体行业在无掩模光刻领域的创新与进步,为应对当前对高效光源的需求提供了可行的解决方案。
文献信息
Feng, F., Liu, Y., Zhang, K. et al. High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography. Nat. Photon. (2024).

原创文章,作者:zhan1,如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2024/10/23/a9801daef8/

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