De elektroluminescentiebeelden (EL) laten zien dat apparaten van verschillende groottes effectief presteren bij operationele stroomdichtheden, zelfs voor het kleinste apparaat van 3 μm. Het UVC-microdisplay kan een uitzonderlijke uniformiteit en een aanzienlijk lichtopbrengstvermogen bieden, waardoor de succesvolle implementatie van het patroonoverdrachtsproces mogelijk wordt. Krediet: HKUST
In een doorbraak die een revolutie teweeg zal brengen in de halfgeleiderindustrie, heeft de School of Engineering van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) ’s werelds eerste diep-ultraviolette (UVC) microLED-displayarray voor lithografiemachines ontwikkeld. Deze UVC-microLED met verbeterde efficiëntie heeft de haalbaarheid aangetoond van een goedkopere maskerloze fotolithografie door het bieden van voldoende lichtopbrengstvermogensdichtheid, waardoor belichting van fotoresistfilms in een kortere tijd mogelijk is.
Het onderzoek, uitgevoerd onder supervisie van prof. Kwok Hoi-Sing, oprichter en directeur van het State Key Laboratory of Advanced Displays and Optoelectronics Technologies aan de HKUST, was een gezamenlijke inspanning met de Southern University of Science and Technology en het Suzhou Institute of Nanotechnology van de Chinese Academie van Wetenschappen.
Een lithografiemachine is een cruciale uitrusting voor de productie van halfgeleiders, waarbij ultraviolet licht met korte golflengte wordt toegepast om chips met geïntegreerde schakelingen met verschillende lay-outs te maken. Traditionele kwiklampen en diep-ultraviolette LED-lichtbronnen hebben echter tekortkomingen zoals grote apparaatafmetingen, lage resolutie, hoog energieverbruik, lage lichtefficiëntie en onvoldoende optische vermogensdichtheid.
Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, bouwde het onderzoeksteam een prototypeplatform voor lithografie zonder masker en gebruikte dit om het eerste microLED-apparaat te fabriceren door gebruik te maken van diepe UV-microLED met maskerloze blootstelling, waardoor de optische extractie-efficiëntie, de warmteverdelingsprestaties en de epitaxiale spanningsverlichting tijdens het productieproces werden verbeterd.
Prof. Kwok benadrukte: “Het team heeft belangrijke doorbraken bereikt voor het eerste microLED-apparaat, waaronder hoog vermogen, hoge lichtefficiëntie, patroonweergave met hoge resolutie, verbeterde schermprestaties en snelle belichting. Deze diep-UV microLED-displaychip integreert de ultraviolette lichtbron met het patroon op het masker biedt het in korte tijd voldoende bestralingsdosis voor blootstelling aan fotoresist, waardoor een nieuw pad ontstaat voor de productie van halfgeleiders.
“De afgelopen jaren is de goedkope en uiterst nauwkeurige maskerloze lithografietechnologie van traditionele lithografiemachines een R&D-hotspot geworden vanwege het vermogen om het belichtingspatroon aan te passen, meer diverse aanpassingsopties te bieden en de kosten voor het maken van lithografiemaskers te besparen. Fotoresistgevoelige microLED-technologie met korte golflengte is daarom van cruciaal belang voor de onafhankelijke ontwikkeling van halfgeleiderapparatuur”, legt prof. Kwok uit.
“Vergeleken met andere representatieve werken omvat onze innovatie een kleiner apparaatformaat, een lagere stuurspanning, een hogere externe kwantumefficiëntie, een hogere optische vermogensdichtheid, een grotere arraygrootte en een hogere schermresolutie. Deze belangrijke prestatieverbeteringen maken het onderzoek tot een wereldleider in alle statistieken ”, aldus Dr. Feng Feng, postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Elektronische en Computertechniek (ECE) van HKUST.
Hun artikel, getiteld “Krachtige AlGaN diep-ultraviolette micro-lichtgevende diodedisplays voor maskerloze fotolithografie“, is gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Fotonica. Het heeft sindsdien brede erkenning gekregen in de industrie en werd door het 10e International Forum on Wide Bandgap Semiconductors (IFWS) genoemd als een van de top tien ontwikkelingen in China’s derde generatie halfgeleidertechnologie in 2024.
Vooruitkijkend is het team van plan om de prestaties van AlGaN diep-ultraviolette microLED’s te blijven verbeteren, het prototype te verbeteren en 2k tot 8k diep-ultraviolette microLED-schermen met hoge resolutie te ontwikkelen.
Dr. Feng is de eerste auteur, terwijl prof. Liu Zhaojun, adjunct-hoofddocent van de ECE-afdeling van HKUST, die tegelijkertijd als universitair hoofddocent aan de Southern University of Science and Technology fungeert, de corresponderende auteur is. Tot de teamleden behoren ook ECE postdoctoraal onderzoeker Dr. Liu Yibo, Ph.D. afgestudeerd Dr. Zhang Ke, en medewerkers van andere instellingen.
Meer informatie:
Feng Feng et al., Krachtige AlGaN diep-ultraviolette micro-lichtgevende diodedisplays voor maskerloze fotolithografie, Natuur Fotonica (2024). DOI: 10.1038/s41566-024-01551-7
Tijdschriftinformatie:
Natuur Fotonica
Geleverd door de Hong Kong Universiteit voor Wetenschap en Technologie
