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研究背景

氮化鋁鎵（AlGaN）深紫外（UVC）微發(fā)光二極管（micro-LED）是新興的光電子設(shè)備，因其在殺菌消毒、光刻等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而成為了研究熱點(diǎn)。然而，開(kāi)發(fā)具有足夠功率的UVC微LED面臨諸多挑戰(zhàn)，包括光輸出功率（LOP）不足、外量子效率（EQE）低以及發(fā)熱管理問(wèn)題，這些問(wèn)題限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的效能與穩(wěn)定性。

成果簡(jiǎn)介

為了解決這些問(wèn)題，香港科技大學(xué)Feng Feng以及南方科技大學(xué)劉召軍教授團(tuán)隊(duì)攜手通過(guò)優(yōu)化制造工藝、提升材料品質(zhì)及改進(jìn)器件設(shè)計(jì)，致力于提高UVC微LED的性能。研究顯示，該研究實(shí)現(xiàn)了270 nm UVC微LED，顯示出高達(dá)5.7%的EQE和396 W cm^–2的光輸出密度，這一成果為微型LED的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

此外，本研究還開(kāi)發(fā)了2540像素每英寸的UVC微LED陣列，展現(xiàn)出優(yōu)異的光均勻性和光束整形能力，能夠滿(mǎn)足無(wú)掩模光刻的高分辨率需求。以上成果在Nature Photonics期刊上發(fā)表了題為“High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography”的最新論文。

本研究通過(guò)對(duì)UVC微LED和微顯示屏的全面表征，研究者們證明了這些新型設(shè)備能夠在數(shù)秒內(nèi)充分曝光光刻膠，開(kāi)創(chuàng)了無(wú)掩模光刻的新路徑。這一研究不僅推動(dòng)了UVC微LED的技術(shù)進(jìn)步，也為半導(dǎo)體行業(yè)的未來(lái)發(fā)展提供了新的方向。

IF=32.3！南科大/香港科技大學(xué)，Nature Photonics！

研究亮點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)首次展示了氮化鋁鎵（AlGaN）深紫外（UVC）微發(fā)光二極管（micro-LEDs）在尺寸為3 μm至100 μm范圍內(nèi)的光電特性，取得了出色的外量子效率和光輸出密度。特別是，3 μm微LED設(shè)備達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的峰值外量子效率為5.7%和最大亮度為396 W cm^–2。

（2）實(shí)驗(yàn)通過(guò)優(yōu)化制造工藝和設(shè)計(jì)新型UVC微LED陣列，實(shí)現(xiàn)了2540像素每英寸的高分辨率顯示。UVC微LED陣列采用后側(cè)反射層，展現(xiàn)了良好的發(fā)光均勻性和光束整形能力，進(jìn)一步增強(qiáng)了光輸出性能。這些UVC微LED顯示屏的分辨率為320 × 140，特別設(shè)計(jì)用于無(wú)掩模光刻應(yīng)用，利用定制的集成電路驅(qū)動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)最佳性能。

（3）通過(guò)對(duì)UVC微LED和微顯示屏的表征，研究顯示其在光刻膠曝光中能夠在數(shù)秒內(nèi)提供足夠的光劑量，顯著改善了光刻過(guò)程的效率。這些微LED的優(yōu)越電流擴(kuò)散均勻性、熱散發(fā)性能以及光提取效率，為短時(shí)間內(nèi)的UV光刻應(yīng)用提供了新的可能性，展示了其在半導(dǎo)體行業(yè)中的潛在革命性應(yīng)用。

圖文解讀

圖1: 制造深紫外ultraviolet，UVC微發(fā)光二極管light-emitting diode，LED。

圖2: 獨(dú)立深紫外UVC微發(fā)光二極管LED表征。

圖3:并聯(lián)深紫外UVC微發(fā)光二極管LED陣列。

圖4: 深紫外UVC微發(fā)光二極管LED顯示器及其在圖案轉(zhuǎn)移上的應(yīng)用。

結(jié)論展望

本文展示了高效270 nm UVC微LED及其顯示器的制造和表征，強(qiáng)調(diào)了小尺寸微LED在無(wú)掩模光刻中的重要性。這一研究為微電子學(xué)和光刻技術(shù)提供了新的視角，尤其是在制造高效、環(huán)境友好的光源方面。通過(guò)實(shí)現(xiàn)顯著的峰值外量子效率（EQE）和光輸出密度（LOP），這項(xiàng)研究不僅揭示了微LED在圖像顯示中的靈活性和優(yōu)越性，還為未來(lái)無(wú)掩模光刻技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

此外，UVC微LED的應(yīng)用潛力也在不同尺寸的電學(xué)和光學(xué)特性評(píng)估中得到了充分體現(xiàn)。研究表明，隨著微LED尺寸的減小，其光學(xué)特性呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，這為微米級(jí)顯示技術(shù)的優(yōu)化提供了重要數(shù)據(jù)。通過(guò)與定制的CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)器結(jié)合使用，微顯示器在高驅(qū)動(dòng)能力和靈活圖案顯示方面展現(xiàn)了顯著的進(jìn)展，推動(dòng)了微顯示器的商業(yè)應(yīng)用。

因此，本文的成果為微LED技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持，促進(jìn)了半導(dǎo)體行業(yè)在無(wú)掩模光刻領(lǐng)域的創(chuàng)新與進(jìn)步，為應(yīng)對(duì)當(dāng)前對(duì)高效光源的需求提供了可行的解決方案。

文獻(xiàn)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).

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/10/23/a9801daef8/

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