W ramach przełomowego projektu mającego zrewolucjonizować przemysł półprzewodników Szkoła Inżynierii Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Hongkongu (HKUST) opracowała pierwszy na świecie układ wyświetlaczy microLED emitujących światło głębokiego ultrafioletu (UVC) do maszyn litograficznych. Ta zwiększona wydajność UVC microLED pokazała wykonalność tańszej fotolitografii bez maski poprzez zapewnienie odpowiedniej gęstości mocy wyjściowej światła, umożliwiając naświetlanie folii fotomaskowych w krótszym czasie.
Badanie, przeprowadzone pod nadzorem prof. KWOK Hoi-Singa, dyrektora założyciela Państwowego Kluczowego Laboratorium Zaawansowanych Wyświetlaczy i Technologii Optoelektronicznych w HKUST, było efektem współpracy z Południowym Uniwersytetem Nauki i Technologii oraz Instytutem Nanotechnologii w Suzhou im. Chińskiej Akademii Nauk.
Maszyna litograficzna to kluczowy sprzęt do produkcji półprzewodników, w którym wykorzystuje się światło ultrafioletowe o krótkich falach do wytwarzania układów scalonych o różnych układach. Jednak tradycyjne lampy rtęciowe i źródła światła LED wykorzystujące głęboki ultrafiolet mają wady, takie jak duży rozmiar urządzenia, niska rozdzielczość, wysokie zużycie energii, niska wydajność świetlna i niewystarczająca gęstość mocy optycznej.
Aby przezwyciężyć te wyzwania, zespół badawczy zbudował prototypową platformę do litografii bez maski i wykorzystał ją do wyprodukowania pierwszego urządzenia microLED, wykorzystując mikroLED o głębokim promieniu UV z ekspozycją bez maski, poprawiając wydajność ekstrakcji optycznej, wydajność dystrybucji ciepła i odprężanie epitaksjalne podczas procesu produkcyjnego.
Prof. KWOK podkreślił: „Zespół osiągnął kluczowe przełomy w pierwszym urządzeniu microLED, w tym wysoką moc, wysoką wydajność świetlną, wyświetlanie wzorów w wysokiej rozdzielczości, lepszą wydajność ekranu i możliwość szybkiej ekspozycji. Ten chip wyświetlacza microLED obsługujący głębokie promieniowanie UV integruje źródło światła ultrafioletowego z wzorem na masce zapewnia wystarczającą dawkę napromieniania do naświetlenia fotorezystu w krótkim czasie, tworząc nową ścieżkę w produkcji półprzewodników.”
„W ostatnich latach niedroga i wysoce precyzyjna technologia litografii bez maski stosowana w tradycyjnych maszynach litograficznych stała się gorącym punktem badań i rozwoju ze względu na jej zdolność do dostosowywania wzoru naświetlania, zapewniania bardziej zróżnicowanych opcji dostosowywania i oszczędzania kosztów przygotowania masek litograficznych. Dlatego czuła na fotorezyst technologia mikroLED o krótkich falach ma kluczowe znaczenie dla niezależnego rozwoju sprzętu półprzewodnikowego” – wyjaśnił prof. KWOK.
„W porównaniu z innymi reprezentatywnymi pracami nasza innowacja obejmuje mniejszy rozmiar urządzenia, niższe napięcie sterujące, wyższą zewnętrzną wydajność kwantową, wyższą gęstość mocy optycznej, większy rozmiar matrycy i wyższą rozdzielczość wyświetlacza. Te kluczowe ulepszenia wydajności sprawiają, że badanie jest światowym liderem we wszystkich wskaźnikach ”, podsumował dr FENG Feng, pracownik naukowy ze stopniem doktora na Wydziale Inżynierii Elektronicznej i Komputerowej (ECE) HKUST.
Ich artykuł zatytułowany „High-Power AlGaN Deep-Ultraviolet Micro-Light-Emitting Diode Displays for Maskless Photolithography” został opublikowany w czołowym czasopiśmie Nature Photonics. Od tego czasu zyskał szerokie uznanie w branży i został uznany przez 10. Międzynarodowe Forum Półprzewodników Szerokopasmowych (IFWS) za jedno z dziesięciu najważniejszych osiągnięć chińskiej technologii półprzewodników trzeciej generacji w roku 2024.
Patrząc w przyszłość, zespół planuje dalsze zwiększanie wydajności mikroLED AlGaN pracujących w głębokim ultrafiolecie, udoskonalanie prototypu i opracowywanie ekranów mikroLED o wysokiej rozdzielczości od 2 do 8 tys.
Pierwszym autorem jest dr FENG, a autorem korespondencyjnym jest prof. LIU Zhaojun, adiunkt na Wydziale ECE HKUST, który jednocześnie pełni funkcję profesora nadzwyczajnego na Południowym Uniwersytecie Nauki i Technologii. W skład zespołu wchodzą także doktorant ECE dr LIU Yibo, doktorant ZHANG Ke oraz współpracownicy z innych instytucji.