Ķīnas pētnieki ziņo par 270 nm-viļņu garuma dziļo ultravioleto-C (UVC) mikro-LED masīvu izveidi tuvuma fotolitogrāfijai bez maskas [Feng Feng et al, nature photonics, publicēts tiešsaistē 2024. gada 15. oktobrī].
"UVC mikro-LED bloki tiek arvien vairāk novērtēti fotolitogrāfijā un fotoķīmijā kā rīki, lai radītu patvaļīgus attēlu modeļus un pārnestu tos uz gaismas{1}}jutīgiem materiāliem, piemēram, fotorezistiem, tādējādi novēršot vajadzību pēc dārgām fotomaskām," atzīmē Sudžou Nanotehnoloģiju un nanotehnoloģiju institūta un Honkongas Zinātņu zinātnes universitātes, kā arī Honkongas Tehnoloģiju universitātes{2}}Bionikas universitātes komanda.
Atšķirībā no dzīvsudraba tvaiku lampām UVC gaismas diodes vēsturiski ir izstrādātas galvenokārt vīrusu sterilizācijas lietojumiem, jo tām ir augsta efektivitāte, ilgs kalpošanas laiks un nav ietekmes uz vidi.
Flip{0}}chip UVC micro-LED sistēma ir parādīta 1. attēlā. b. 6 μm x 6 μm UVC mikro{6}}LED masīva forma, kas redzama ar skenējošo elektronu mikroskopiju, un 5 μmx5 μm{9}}atsevišķs bloks ir iekļauts kā ieliktnis. c. Atsevišķu ierīču mikrogrāfija, izmantojot elektroluminiscenci (EL).
UVC LED blokus izveidoja pētnieki, izmantojot komerciālas 2- collu alumīnija gallija nitrīda (AlGaN) epitaksiālās plāksnes (1. attēls). "Šis izteiktais izliekuma efekts rada lielu šķērsli liela -formāta UVC mikro- LED displeju izveidē, jo ražošanas procesos, piemēram, elektrodu rakstīšanas, caurumu kodināšanas un flip-chip savienošanas laikā, tas rada ievērojamas izlīdzināšanas spraugas," norāda komanda, atsaucoties uz grūtībām, ko rada vafeles, kas ir vairāk nekā m1 wing00 μm.
Spriedzes efekti, ko rada ievērojamā režģa un termiskās izplešanās neatbilstība starp safīra substrātu un AlGaN slāņiem, ir saistīti ar šo lieci.
Izmantojot nelielas vafeļu daļas, kas tika izdalītas ar lāzera kubiņu palīdzību, pētnieki spēja samazināt lieces ietekmi un panākt pieņemamu precizitāti masīva modelēšanā līdz 3 μm meza platumam.
Īpaši plāns niķelis/zelts, kas ir gandrīz caurspīdīgs UVC viļņa garuma reģionā, veidoja augšējo p-kontaktu.
Reversās novirzes gadījumā iegūtā ierīce uzrādīja ļoti zemas noplūdes strāvas, kas ir zem mērīšanas iekārtas 100fA noteikšanas robežas. Komanda atzīmē, ka tas ir saistīts ar atomu slāņa nogulsnēšanos (ALD) -izaugušo sānu sienu pasivāciju un samazinātu sānu sienu bojājumu, ko izraisa apstrāde ar tetrametilamonija hidroksīdu (TMAH).
Tika pierādīts, ka lielāks strāvas blīvums noteiktai novirzei ir izdevīgs mazākām ierīcēm, tādējādi nodrošinot lielāku strāvas vienmērīgumu visā LED.
"Uzlabotās virsmas{0}}/
Tā kā tiešās novirzes nobīde pieauga no 3,95 V līdz 4,2 V, ierīču idealitātes koeficients samazinājās no 3,9 līdz 2,8. Ne-radiatīvā rekombinācija, kas izriet no epitaksiālo plāksnīšu suboptimālās kvalitātes, tika uzskatīta par augstu ideālu.
Pēc pētnieku domām, sānu sienas bija gandrīz nenozīmīgs ne-radiatīvās rekombinācijas centru avots, jo tie izmantoja TMAH un pasivācijas procedūras. Tomēr bija dažas norādes, ka "pasivācijas un TMAH ārstēšana var nebūt pilnīgi efektīva, lai nomāktu ne-radiatīvās rekombinācijas, ko izraisa defekti, ko izraisījuši sānu sienas bojājumi" mazākās ierīcēs līdz 3 μm.
Ierīces izmēram samazinoties no 100 μm līdz 3 μm, maksimālā ārējā kvantu efektivitāte (2. attēls) virzās uz lielāku strāvas blīvumu, sākot no 15 A/cm2 līdz 70 A/cm2. EQE bija par lielumu zemākas par to, ko varēja iegūt ar zaļām vai zilām pasivētām gaismas diodēm.
2. attēlā parādīta maksimālā EQE un EQE krituma attiecība katram ierīces izmēram (punktiem) kopā ar tendenču līnijām attiecībā pret maksimālo vērtību.
"EQE kritums samazinās no 67,5% līdz 17,9%, samazinoties ierīces izmēram," atklāj komanda, parādot, ka mazākas ierīces nodrošina labāku gaismas emisijas stabilitāti pie lielāka strāvas blīvuma, jo tām ir labāka siltuma izkliede.
Par EQE palielināšanos, ja diametrs ir mazāks par 30 μm, pētnieki atzīst augstāku strāvas-vienmērīgumu un uzlabotu gaismas ekstrakcijas efektivitāti (LEE). "Mazākas ierīces izstaro gaismu tuvāk sānu sienām, kā rezultātā rodas lielāka sānu refrakcija un attiecīgi augstāka LEE," saka pētnieki.
Ierīču pilnais -platums pie maksimālās puses (FWHM) bija mazāks par 21 nm, un to maksimālais viļņa garums bija aptuveni 270 nm. Pie zemām strāvām 3 μm ierīces maksimālais viļņa garums zili nobīdījās par 2 nm, savukārt pie lielākām strāvām (virs 70 A/cm2) tas sarkanā nobīde par 1 nm.
Pēc zinātnieku domām, šīs izmaiņas ir joslas-aizpildīšanas efektu un paš-uzsildīšanas-izraisītās joslas spraugas samazināšanās rezultāts, kas konkurē savā starpā. Uzlabotais siltuma pārneses ceļš, kas izraisa lēnāku krustojuma temperatūras paaugstināšanos, ir atbildīgs par kopējo spektrālo nobīdi visos strāvas blīvumos, kas ir tikai aptuveni 2 nm.
Ar 43,6 W/cm2 blīvumu 100 μm LED gaismas izvades jauda (LOP) bija 4,5 mW pie 35 mA. Maksimālais LOP blīvums 3 μm gaismas diodēm bija 396 W/cm2. "Tas var būt saistīts arī ar viļņvadības efektu AlGaN daudzslāņos, kur lielākām ierīcēm ir palielināti jaudas zudumi, jo ir garāks optiskais ceļš no vairākām izstarojošām kvantu urbumiem uz gaisu." Komanda atzīmē, ka mazākas ierīces ar labāku strāvas izkliedes vienmērīgumu un termisko stabilitāti var izturēt lielāku strāvas blīvumu, tādējādi panākot lielāku optiskās jaudas blīvumu.
Ekstrēmas krustojuma temperatūras, ko izraisa darbība ar maksimālo jaudas punktu, palielina novecošanos un izraisa termisku pasliktināšanos.
3 μm ierīces LOP blīvums bija 25,9 W/cm2 pie 100 A/cm2. Pēc pētnieku domām, tam ir "izcils potenciāls kā fotolitogrāfijas gaismas avotam".
Pamatojoties uz 6 μm ierīcēm ar 10 μm soli, pētnieki varēja paplašināt UVC LED bloku izmēru no 16x16 pikseļiem, kas iepriekš bija dokumentēti zinātniskajā literatūrā, līdz 160x90 pikseļiem (2540/collā). Lai uzlabotu aizmugures{8}}gaismas ekstrakciju caur plānāku safīra substrātu, bloki tika pārklāti ar ļoti UVC-atstarojošu Al augšējo virsmu.
Ar priekšējo nobīdi 12 V un strāvas blīvumu 20 A/cm2 masīvs radīja optisko izejas jaudu 16,6 mW. Pie 8A/cm2 EQE sasniedza maksimumu 4,1%.
Pēc pētnieku domām, "UVC mikro-LED displejs pārsniedz 25 mW/cm2 kalibrēšanu 365 nm dzīvsudraba lampai, kas izmantota Karl Suss MA-6 maskas līdzinātājā, lai atbilstu fotorezista iedarbības devas prasībām, piedāvājot atbilstošu optiskās jaudas blīvumu līdz 1,1 W/cm2 pilna ekrāna apgaismojumam."
Lai novērtētu fotolitogrāfijas iespējas, tika izmantots 320x140 UVC masīvs ar 9 μm pikseļiem ar 12 μm atstarpi (3. attēls). Indija izciļņi tika izmantoti, lai apgrieztu{6}}masīvu uz CMOS draivera mikroshēmas. I-līnijas jutīgais AZ MiR 703 tuvuma modelēšanas iestatījumā kalpoja kā testa fotorezists. Piemēram, redzamus mikro{11}}LED displejus var izgatavot, izmantojot fotolitogrāfijas pieeju.
3. attēls: UVC mikro{1}}LED displeja fotolitogrāfija atklāj virsmas profilu (pa labi) un bezmaskas fotolitogrāfijas attēlus (pa kreisi) uz fotorezista{2}}pārklātām plāksnēm. Piecas sekundes ekspozīcija bija 80 mA.
Lai gan strukturālā izšķirtspēja nav tik laba kā ar kontakta ekspozīciju, pētnieki atzīmē, ka bezmaskas fotolitogrāfiju varētu daudz uzlabot, izmantojot līdzīgas lēcas un fokusēšanas metodes. Šādas bezmaskas fotolitogrāfijas metodes pusvadītāju nozarei varētu ietaupīt ievērojamu laiku un naudu, atceļot prasību pēc lāzera -rakstīšanas maskām, jo īpaši tāpēc, ka šaurāks līniju platums līdz pat mikro-displeja shēmu pikseļu lielumam ir ļoti daudzsološs.
Uzlabojot epitaksiālās plāksnes kvalitāti un panākot precīzāku izlīdzināšanu, pētnieki vēlas pārsniegt pašreizējo 320 x 140 pikseļu ierobežojumu un pavērt iespējas daudz augstākas-izšķirtspējas UVC mikro-LED displejiem ar līdz pat 8 K pikseļiem katrā dimensijā, kas nepieciešams HD un UHD izšķirtspējai.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/led-solar-street-light-outdoor.html
