Kiinalaiset tutkijat raportoivat 270 nm-aallonpituuden syvän ultravioletti-C (UVC) -mikro--LED-ryhmien luomisesta maskittomaan lähifotolitografiaan [Feng Feng et al, nature photonics, julkaistu verkossa 15.10.2024].
"UVC-mikro-LED-matriisia arvostetaan yhä enemmän fotolitografiassa ja fotokemiassa työkaluina mielivaltaisten kuvakuvioiden luomiseen ja niiden siirtämiseen valolle-herkille materiaaleille, kuten fotoresisteille, mikä eliminoi kalliiden fotomaskien tarpeen", huomauttaa Suzhou Institute of Nanotech and Nano Technology and Nano Technology and Nano Technology University of Southern Technology and Nano Technology -yliopiston tiimi.
Toisin kuin elohopeahöyrylamput, UVC-LEDit on historiallisesti kehitetty ensisijaisesti virussterilointisovelluksiin niiden korkean tehokkuuden, pitkän käyttöiän ja ympäristövaikutusten vuoksi.
Flip{0}}siru UVC micro-LED-järjestelmä on esitetty kuvassa 1. b. 6 µm x 6 µm UVC-mikro{6}}LED-ryhmän muoto pyyhkäisyelektronimikroskoopilla nähtynä, ja 5 µm x 5 µm:n erillinen matriisi sisältyy upotukseen. c. Mikrografia erillisistä laitteista elektroluminesenssilla (EL).
Tutkijat loivat UVC-LED-ryhmät käyttämällä kaupallisia 2- tuuman alumiinigalliumnitridi (AlGaN) epitaksiaalisia kiekkoja (kuva 1). "Tämä voimakas taipuva vaikutus muodostaa suuren esteen suurten -muotoisten UVC-mikro--LED-näyttöjen aikaansaamiselle, koska se aiheuttaa huomattavia kohdistusaukkoja valmistusprosessien aikana, kuten elektrodien kuvioinnissa, reikien etsauksessa ja flip-chip-sidostuksessa", tiimi huomauttaa viitaten vaikeuksiin, jotka aiheutuvat kiekkojen enemmän kuin m1wing00 μm.
Safiirialustan ja AlGaN-kerrosten välisen huomattavan hilan ja lämpölaajenemisen epäsopivuuden aiheuttamat jännitysvaikutukset liittyvät tähän taivutukseen.
Käyttämällä pieniä kiekkoosia, jotka eriteltiin laserkuutioinnilla, tutkijat pystyivät vähentämään taivutuksen vaikutusta ja saavuttamaan hyväksyttävän tarkkuuden matriisin kuvioinnissa 3 μm mesaleveyteen asti.
Ultraohut nikkeli/kulta, joka on lähes läpinäkyvää UVC-aallonpituusalueella, muodosti ylimmän p{0}}koskettimen.
Käänteisessä biasissa tuloksena saatu laite osoitti erittäin alhaisia vuotovirtoja, alle mittauslaitteiston 100fA:n havaintorajan. Tiimi huomauttaa, että tämä johtuu atomikerroskerrostuman (ALD) -kasvusta sivuseinien passivoinnista ja vähentyneestä sivuseinämän vauriosta, jonka tetrametyyliammoniumhydroksidi (TMAH) -käsittely aiheuttaa.
Suurempi virrantiheys tietyllä biasilla osoittautui edulliseksi pienemmille laitteille, mikä johti parempaan virran tasaisuuteen koko LEDissä.
"Parannetut pinta--/-tilavuussuhteet ja alentunut virran-purkausvaikutus auttavat parantamaan lämmön hajoamista pienemmissä laitteissa, mikä vähentää lämmön hajoamista suuren virran injektiolla", tiimi huomauttaa.
Kun myötäsuuntainen bias nousi 3,95 V:sta 4,2 V:iin, laitteiden ideaalisuuskerroin laski 3,9:stä 2,8:aan. Ei--säteilevä rekombinaatio, joka johtui epitaksiaalisten kiekkojen optimaalisesta laadusta, pidettiin korkeana ideaalina.
Tutkijoiden mukaan sivuseinät olivat lähes merkityksetön ei--säteilyrekombinaatiokeskusten lähde niiden käyttämien TMAH- ja passivointihoitojen vuoksi. Siitä huolimatta oli viitteitä siitä, että "passivointi- ja TMAH-hoidot eivät ehkä ole täysin tehokkaita estämään ei--säteilyrekombinaatioita, jotka ovat peräisin sivuseinävaurioiden aiheuttamista vioista" pienemmissä laitteissa aina 3 μm asti.
Kun laitteen koko pienenee 100 μm:stä 3 μm:iin, huippuulkoinen kvanttihyötysuhde (kuva 2) työntyy kohti suurempia virrantiheyksiä 15 A/cm2:stä 70 A/cm2:iin. EQE:t olivat suuruusluokkaa pienempiä kuin mitä vihreillä tai sinisillä passivoiduilla LEDeillä voitiin saada.
Kuvassa 2 on esitetty huippu-EQE- ja EQE-poikkeamasuhde kullekin laitekoolle (pisteille) sekä trendiviivoja suhteessa huippuarvoon.
"EQE:n lasku laskee 67,5 prosentista 17,9 prosenttiin laitteen koon pienentyessä", tutkimusryhmä havaitsee ja osoittaa, että pienemmät laitteet parantavat valon emissiovakautta korkeammilla virrantiheyksillä, koska niiden lämmönpoistokyky on erinomainen.
Tutkijat antavat EQE:n nousun alle 30 μm:n halkaisijoiden ansioksi parantuneen virran-tasaisuuden ja valonpoistotehokkuuden (LEE). "Pienemmät laitteet lähettävät valoa lähempänä sivuseiniä, mikä johtaa enemmän sivuseinien taittumiseen ja siten korkeampaan LEE-arvoon", tutkijat sanovat.
Laitteiden täysi leveys puolimaksimissa (FWHM) oli alle 21 nm, ja niiden huippuaallonpituus oli noin 270 nm. Pienillä virroilla 3 μm:n laitteen huippuaallonpituus sinisiirtyi 2 nm, kun taas suuremmilla virroilla (yli 70 A/cm2) se punasiirtyi 1 nm.
Tiedemiesten mukaan tämä muutos johtuu kaistan-täyttövaikutuksista ja itse-lämpenemisestä-, jotka kilpailevat toistensa kanssa. Parannettu lämmönsiirtoreitti, joka aiheuttaa hitaamman risteyksen lämpötilan nousun, on vastuussa yleisestä spektrisiirrosta kaikissa virrantiheyksissä, joka on vain noin 2 nm.
Tiheydellä 43,6 W/cm2 100 μm:n LEDien valonlähtöteho (LOP) oli 4,5 mW 35 mA:lla. 3 μm:n LEDien suurin LOP-tiheys oli 396 W/cm2. "Tämä voi johtua myös AlGaN-moni-kerrosten aaltojohtovaikutuksesta, jossa suuremmat laitteet kärsivät lisääntyneestä tehohäviöstä johtuen pidemmästä optisesta reitistä emissiivisistä useista kvanttikuivista ilmaan." Tiimi panee merkille, että pienemmät laitteet, joilla on parempi virran leviäminen{11}}ja lämpöstabiilisuus, voivat kestää suurempia virrantiheyksiä, jolloin saavutetaan suurempi optinen tehotiheys.
Maksimitehopisteen käytön aiheuttamat äärimmäiset liitoslämpötilat lisäävät ikääntymistä ja aiheuttavat lämpövaurioita.
3 μm:n laitteen LOP-tiheys oli 25,9 W/cm2 teholla 100 A/cm2. Tällä on tutkijoiden mukaan "erinomainen potentiaali fotolitografisena valonlähteenä".
Perustuen 6 μm:n laitteisiin 10 μm:n jakovälillä tutkijat pystyivät laajentamaan UVC-LED-ryhmien koon tieteellisessä kirjallisuudessa aiemmin dokumentoiduista 16x16 pikselistä 160x90 pikseliin (2540/tuumaa). Takapuolen valon{8}}poiston parantamiseksi ohuemman safiirialustan läpi ryhmät päällystettiin voimakkaasti UVC-heijastavalla Al-yläpinnalla.
12 V:n esijännitteellä ja virrantiheydellä 20 A/cm2 ryhmä tuotti 16,6 mW:n optisen lähtötehon. Arvolla 8 A/cm2 EQE saavutti huippunsa 4,1 %:ssa.
Tutkijoiden mukaan "UVC-mikro{0}}LED-näyttö ylittää 365 nm:n elohopealampun 25 mW/cm2 kalibroinnin, jota käytettiin Karl Suss MA-6 -maskin suuntaajassa, ja se täyttää fotoresistin altistusannosvaatimukset tarjoamalla riittävän optisen tehotiheyden, jopa 1,1 W/cm2 koko näytön valaistukseen."
Fotolitografiaominaisuuksien arvioimiseksi käytettiin 320 x 140 UVC-ryhmää, jossa oli 9 μm pikseleitä 12 μm:n välein (kuva 3). Indiumnystyjä käytettiin kääntämään{6}}siru liimamaan taulukko CMOS-ohjainpiirille. i-linjaherkkä AZ MiR 703 läheisyyskuviointiasetuksessa toimi testin fotoresistinä. Esimerkiksi näkyvät mikro{11}}LED-näytöt voidaan valmistaa käyttämällä fotolitografiaa.
Kuva 3: UVC-mikro-LED-näytön fotolitografia paljastaa pintaprofiilin (oikealla) ja maskittomat fotolitografiakuvat (vasemmalla) fotoresistillä{2}}päällystetyillä kiekoilla. Viiden sekunnin ajan valotus oli 80 mA.
Vaikka rakenteellinen tarkkuus ei ole yhtä hyvä kuin kosketusaltistuksella saavutettu, tutkijat huomauttavat, että maskiton fotolitografia voisi olla paljon parempi samankaltaisilla linsseillä ja tarkennusmenetelmillä. Tällaiset maskittomat fotolitografiamenetelmät voivat säästää puolijohdeteollisuudelle huomattavan määrän aikaa ja rahaa poistamalla laser-kirjoitusmaskien vaatimuksen, varsinkin kun mikro-näyttöpiirien pikselikokoon asti kapeammat viivanleveydet ovat erittäin lupaavia.
Parannamalla epitaksiaalisen kiekon laatua ja saavuttamalla tarkempi kohdistus, tutkijat haluavat ylittää nykyisen 320 x 140 pikselin rajoituksen ja avata oven paljon korkeammalle-resoluutiolle UVC-mikro-LED-näytöille, joissa on jopa 8K pikseliä kussakin ulottuvuudessa, mitä HD- ja UHD-resoluutioille vaaditaan.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/led-aurinko-katu-valo-outdoor.html
