Създаването на масиви от микро-светодиоди с дължина на вълната 270 nm-дълбоко ултравиолетови-C (UVC) за безконтактна фотолитография без маска е докладвано от китайски изследователи [Feng Feng et al, nature photonics, публикувано онлайн на 15 октомври 2024 г.].
„UVC микро-LED матриците се ценят все повече във фотолитографията и фотохимията като инструменти за генериране на произволни модели на изображения и прехвърлянето им върху светло{1}}чувствителни материали като фоторезисти, елиминирайки необходимостта от скъпи фотомаски“, отбелязва екипът от Института по нанотехнологии и нано-бионика в Суджоу, Южния университет за наука и технологии и Хонг Университет за наука и технологии Конг.
За разлика от лампите с живачни пари, UVC светодиодите исторически са били разработени предимно за приложения за вирусна стерилизация поради тяхната висока ефективност, дълъг живот и липса на въздействие върху околната среда.
UVC микро{1}}LED система с флип{0}}чип е показана на Фигура 1. b. Формата на 6 μmx6 μm UVC micro{6}}LED матрица, както се вижда чрез сканираща електронна микроскопия, с 5 μmx5 μm самостоятелна-матрица, включена като вмъкване. c. Микрография на самостоятелни устройства, използващи електролуминесценция (EL).
UVC LED матриците са създадени от изследователите с помощта на търговски 2--инчови епитаксиални пластини от алуминиев галиев нитрид (AlGaN) (Фигура 1). „Този ясно изразен ефект на извиване представлява основна пречка за постигането на голям{4}}формат UVC микро-LED дисплеи, тъй като причинява значителни пропуски в подравняването по време на процеси на производство, като моделиране на електроди, ецване на дупки и свързване на флип-чип“, отбелязва екипът, позовавайки се на трудностите, причинени от извиването на пластините с повече от 100 μm.
Ефектите на деформация, причинени от забележимото несъответствие на решетката и термичното разширение между сапфировия субстрат и слоевете AlGaN, са свързани с това огъване.
Чрез използването на малки части от вафли, които бяха отделени чрез лазерно нарязване, изследователите успяха да намалят влиянието на огъването и да постигнат приемлива прецизност в моделирането на масива до 3 μm меза ширини.
Ултратънкият никел/злато, който е почти прозрачен в UVC областта на дължината на вълната, съставлява горния п-контакт.
При обратно отклонение, полученото устройство показа много ниски токове на утечка, под границата на откриване на измервателното оборудване от 100fA. Екипът отбелязва, че това се дължи на отлагането на атомни слоеве (ALD)-нараснала пасивация на страничната стена и намаленото увреждане на страничната стена, причинено от обработката с тетраметиламониев хидроксид (TMAH).
по-голямата плътност на тока за дадено отклонение се оказа изгодна за по-малки устройства, което води до по-голяма еднородност на тока в целия светодиод.
„Подобреното съотношение-към-обем и намаленият ефект на-струпване на ток спомагат за подобряване на разсейването на топлината в по-малките устройства, намалявайки термичната деградация при инжектиране на силен ток“, отбелязва екипът.
Тъй като преднапрежението се повиши от 3,95 V на 4,2 V, коефициентът на идеалност на устройствата намаля от 3,9 на 2,8. Не-радиационната рекомбинация, произтичаща от неоптималното качество на епитаксиалните пластини, се приписва на високата идеалност.
Според изследователите страничните стени са били почти незначителен източник на центрове за не{0}}радиационна рекомбинация поради използваните от тях TMAH и пасивиращи лечения. Все пак имаше някои индикации, че „третирането с пасивиране и TMAH може да не е напълно ефективно при потискане на не-радиационни рекомбинации, произтичащи от дефекти, причинени от увреждане на страничната стена“ в по-малките устройства, до 3 μm.
Тъй като размерът на устройството се свива от 100 μm до 3 μm, пиковата външна квантова ефективност (Фигура 2) тласка към по-големи плътности на тока, преминавайки от 15 A/cm2 до 70A/cm2. EQE бяха с порядък по-ниски от това, което можеше да се получи със зелени или сини пасивирани светодиоди.
Фигура 2 показва пиковия EQE и съотношението на спад на EQE за всеки размер на устройството (точки) заедно с линиите на тенденцията спрямо пиковата стойност.
„Спадът на EQE намалява от 67,5% на 17,9% с намаляване на размера на устройството“, открива екипът, демонстрирайки, че по-малките устройства осигуряват подобрена стабилност на светлинното излъчване при по-високи плътности на тока поради превъзходното си разсейване на топлината.
По-високата{0}}равномерност на разпространение на тока и подобрената ефективност на извличане на светлина (LEE) се приписват от изследователите на повишаването на EQE за диаметри под 30 μm. „По-малките устройства излъчват светлина по-близо до страничните стени, което води до повече пречупване на страничните стени и следователно по-висок LEE“, казват изследователите.
Пълната-ширина на устройствата при половината от максимума (FWHM) е по-малка от 21 nm, а пиковата им дължина на вълната е около 270 nm. При ниски токове пиковата дължина на вълната на устройството от 3 μm се измества в синьо с 2 nm, докато при по-високи токове (над 70 A/cm2) тя се измества в червено с 1 nm.
Според учените тази промяна е резултат от-запълване на лентата и-индуцирано от самонагряване-свиване на зазора, които се конкурират едно с друго. Подобреният маршрут за пренос на топлина, който причинява по-бавно покачване на температурата на прехода, е отговорен за общото спектрално изместване при всички плътности на тока, което е само около 2 nm.
С плътност от 43,6 W/cm2, изходната мощност на светлината (LOP) на 100 μm светодиоди беше 4,5 mW при 35 mA. Максималната LOP плътност за 3 μm светодиоди беше 396 W/cm2. „Това може да се дължи и на вълноводния ефект в много-слоевете AlGaN, където по-големите устройства изпитват увеличена загуба на мощност поради по-дълъг оптичен път от емисионните множество квантови ямки до въздуха.“ Екипът отбелязва, че по-малките устройства, с по-добра равномерност-разпръскване на ток и термична стабилност, могат да поддържат по-високи плътности на тока, като по този начин постигат по-високи плътности на оптичната мощност.
Екстремните температури на свързване, причинени от работа при максимална мощност, увеличават стареенето и причиняват термично влошаване.
LOP плътността на устройството от 3 μm е 25,9 W/cm2 при 100A/cm2. Това има "отличен потенциал като източник на светлина за фотолитография", според изследователите.
Въз основа на 6 μm устройства при стъпка 10 μm, изследователите успяха да разширят размера на UVC LED матриците от 16x16 пиксела, които преди това бяха документирани в научната литература, до 160x90 пиксела (2540/инч). За подобрено извличане на светлината от задната страна- през по-тънкия сапфирен субстрат масивите бяха покрити с високо UVC{9}}отразяваща Al горна повърхност.
С предно отклонение от 12 V и плътност на тока от 20 A/cm2, масивът произвежда оптична изходна мощност от 16,6 mW. При 8A/cm2 EQE достигна своя връх от 4,1%.
Според изследователите „UVC micro-LED дисплей надминава калибрирането от 25mW/cm2 на 365nm живачна лампа, използвана в устройството за подравняване на маска Karl Suss MA-6, за да отговори на изискванията за експозиционна доза на фоторезист, като предлага адекватна оптична плътност на мощността до 1,1W/cm2 за осветление на цял екран.“
За да се оценят възможностите за фотолитография, беше използван 320x140 UVC масив с 9 μm пиксели при 12 μm разстояние (Фигура 3). Индиеви удари бяха използвани за обръщане-чип, залепване на масива върху CMOS драйверен чип. Чувствителният към линията i- AZ MiR 703 в настройка за моделиране на близост служи като фоторезист на теста. Видимите микро-LED дисплеи, например, могат да бъдат направени чрез фотолитографския подход.
Фигура 3: UVC микро{1}}LED фотолитография на дисплея разкрива профила на повърхността (вдясно) и фотолитографски снимки без маска (вляво) върху вафли, покрити с-фоторезист. За пет секунди експозицията беше 80 mA.
Въпреки че структурната разделителна способност не е толкова добра, колкото тази, постигната с контактна експозиция, изследователите отбелязват, че фотолитографията без маска може да бъде много подобрена чрез подобни лещи и методи за фокусиране. Такива методи за фотолитография без маска могат да спестят на полупроводниковата индустрия значително време и пари, като премахнат изискването за лазерни-маски за писане, особено защото по-тесните широчини на линиите до размера на пикселите на схемите на микро-дисплеите показват огромно обещание.
Чрез подобряване на качеството на епитаксиалната пластина и постигане на по-прецизно подравняване, изследователите искат да надхвърлят текущото ограничение от 320x140 пиксела и да отворят вратата за много по-висока -резолюция UVC micro-LED дисплеи с до 8K пиксела във всяко измерение, което се изисква за HD и UHD резолюции.
https://www.benweilight.com/lighting-тръба-крушка/led-слънчева-улична-светлина-outdoor.html
