Kineski istraživači izvještavaju o stvaranju 270 nm-talasnih dubina ultraljubičastih-C (UVC) nizova mikro-LED dioda za fotolitografiju blizine bez maske [Feng Feng et al, photonics u prirodi, objavljeno na internetu 15. oktobra 2024.].
"UVC mikro-LED nizovi se sve više cijene u fotolitografiji i fotohemiji kao alati za generiranje proizvoljnih uzoraka slike i njihovo prenošenje na svjetlo-osjetljive materijale kao što su fotorezisti, eliminišući potrebu za skupim fotomaskama", primjećuju tim sa Instituta Suzhou i Instituta Suzhou, Instituta za nanotehnologiju{2} i Nanotehnologije Southern i NaB} Univerzitet nauke i tehnologije u Hong Kongu.
Za razliku od žarulja sa živinom parom, UVC LED diode su istorijski razvijene prvenstveno za primjenu virusne sterilizacije zbog njihove visoke efikasnosti, dugog vijeka trajanja i bez utjecaja na okoliš.
Flip{0}}UVC mikro-LED sistem je prikazan na slici 1. b. Oblik 6μmx6μm UVC mikro-LED niza kako se vidi skenirajućim elektronskim mikroskopom, sa 5μmx5μm samostojećim- nizom uključenim kao umetak. c. Mikrografija samostalnih uređaja pomoću elektroluminescencije (EL).
Istraživači su kreirali UVC LED nizove koristeći komercijalne epitaksijalne pločice od 2-inča aluminijum-galijum nitrida (AlGaN) (slika 1). "Ovaj izraženi efekat naginjanja predstavlja veliku prepreku u postizanju UVC mikro-LED ekrana velikog -formata UVC mikro-, jer uzrokuje značajne propuste u poravnanju tokom procesa proizvodnje kao što su oblikovanje elektroda, urezivanje rupa i spajanje flip-chip-a," napominje tim, pozivajući se na poteškoće uzrokovane više od bowafera.
Efekti deformacije uzrokovani značajnim neusklađenošću rešetke i termičkog širenja između safirne podloge i AlGaN slojeva povezani su s ovim savijanjem.
Koristeći sićušne dijelove pločice koji su singulirani laserskim kockicama, istraživači su uspjeli smanjiti utjecaj savijanja i postići prihvatljivu preciznost u oblikovanju niza do 3 μm širine meze.
Ultratanki nikl/zlato, koji je skoro providan u UVC području talasne dužine, čini gornji p-kontakt.
Pod obrnutim pristrasnošću, rezultirajući uređaj je pokazao vrlo niske struje curenja, ispod granice detekcije mjerne opreme od 100fA. Tim napominje da je to zbog depozicije atomskog sloja (ALD)-narasle pasivizacije bočne stijenke i smanjenog oštećenja bočne stijenke uzrokovanog tretmanom tetrametilamonijum hidroksidom (TMAH).
Pokazalo se da je veća gustina struje za datu pristranost povoljna za manje uređaje, što dovodi do veće uniformnosti struje kroz LED.
"Poboljšani omjeri površine-i-zapremina i smanjene struje-efekat gužve pomažu da se poboljša rasipanje topline u manjim uređajima, smanjujući termičku degradaciju pod ubrizgavanjem velike struje," primjećuju tim.
Kako je prednapon porastao sa 3,95 V na 4,2 V, faktor idealnosti uređaja se smanjio sa 3,9 na 2,8. Ne-radijativna rekombinacija koja je rezultat suboptimalnog kvaliteta epitaksijalnih pločica pripisana je visokoj idealnosti.
Prema istraživačima, bočne stijenke su bile gotovo beznačajan izvor ne-radijativnih rekombinacijskih centara zbog TMAH i tretmana pasivacije koje su koristili. Ipak, bilo je naznaka da "pasivacija i TMAH tretmani možda neće biti u potpunosti efikasni u suzbijanju ne-radijativnih rekombinacija koje potiču od defekata uzrokovanih oštećenjem bočne stijenke" u manjim uređajima, do 3 μm.
Kako se veličina uređaja smanjuje sa 100 μm na 3 μm, vršna vanjska kvantna efikasnost (slika 2) gura se prema većim gustinama struje, od 15 A/cm2 do 70A/cm2. EQE su bili za red veličine niži od onoga što se moglo dobiti sa zelenim ili plavim pasiviziranim LED diodama.
Slika 2 prikazuje vršni EQE i EQE omjer pada za svaku veličinu uređaja (tačke) zajedno sa linijama trenda u odnosu na vršnu vrijednost.
"Opadanje EQE opada sa 67,5% na 17,9% kako se veličina uređaja smanjuje", otkriva tim, pokazujući da manji uređaji pružaju poboljšanu stabilnost emisije svjetlosti pri većim gustinama struje zbog svog superiornog odvođenja topline.
Istraživači su zaslužni za povećanje EQE za prečnike manje od 30 μm za veću ujednačenost - širenja i poboljšanu efikasnost ekstrakcije svjetlosti (LEE). "Manji uređaji emituju svjetlost bliže bočnim zidovima, što rezultira većom refrakcijom bočne stijenke i posljedično većim LEE", kažu istraživači.
Puna-širina uređaja na pola maksimuma (FWHM) bila je manja od 21 nm, a njihova vršna talasna dužina bila je oko 270 nm. Pri niskim strujama, vršna talasna dužina uređaja od 3 μm se pomerila u plavo za 2 nm, dok je pri većim strujama (iznad 70 A/cm2) pomerena u crveno za 1 nm.
Prema naučnicima, ova promjena je rezultat efekta-ispunjavanja pojasa i samo-zagrijavanja-indukovanog smanjivanja pojasnog razmaka koji se međusobno nadmeću. Poboljšani put prijenosa topline, koji uzrokuje sporiji porast temperature spoja, odgovoran je za ukupni spektralni pomak u svim gustoćama struje, koji je samo oko 2 nm.
Sa gustinom od 43,6W/cm2, izlazna snaga svetlosti (LOP) 100μm LED dioda bila je 4,5mW pri 35mA. Maksimalna LOP gustina za 3μm LED diode bila je 396W/cm2. "Ovo može biti i zbog efekta talasovoda u AlGaN više-slojevima, gdje veći uređaji doživljavaju povećan gubitak snage zbog dužeg optičkog puta od emitivnih višestrukih kvantnih bunara u zrak." Tim napominje da manji uređaji, s boljom ujednačenošću -širenja struje i termičkom stabilnošću, mogu izdržati veće gustine struje, čime se postižu veće gustine optičke snage.
Ekstremne temperature spoja uzrokovane radom na maksimalnoj tački snage povećavaju starenje i uzrokuju termičko propadanje.
Gustina LOP uređaja od 3μm bila je 25,9W/cm2 pri 100A/cm2. Ovo ima "odličan potencijal kao fotolitografski izvor svjetlosti", prema istraživačima.
Na osnovu uređaja od 6 μm na nagibu od 10 μm, istraživači su bili u mogućnosti da prošire veličinu UVC LED nizova sa 16x16 piksela koji su prethodno dokumentovani u naučnoj literaturi na 160x90 piksela (2540/inču). Za poboljšanu ekstrakciju svjetlosti sa stražnje-strane kroz tanju safirnu podlogu, nizovi su obloženi gornjom površinom koja reflektira visoko UVC-Al.
Sa prednagibom od 12V i gustinom struje od 20A/cm2, niz je proizveo optičku izlaznu snagu od 16,6mW. Na 8A/cm2, EQE je dostigao maksimum od 4,1%.
Prema istraživačima, "UVC mikro-LED ekran nadmašuje kalibraciju od 25 mW/cm2 365 nm živine lampe koja se koristi u Karl Suss MA-6 poravnavaču maski kako bi zadovoljio zahtjeve za dozom ekspozicije fotootpornika nudeći adekvatnu gustinu optičke snage za punu gustinu optičke snage od 1 W/cm na ekranu.."
Da bi se procenile mogućnosti fotolitografije, korišćen je UVC niz od 320x140 sa 9μm piksela na razmaku od 12μm (slika 3). Indijumske izbočine su korištene za okretanje-čipa za lijepljenje niza na CMOS drajver čip. AZ MiR 703 osjetljiv na i{8}}liniju u postavci uzorkovanja blizine poslužio je kao fotootpornik testa. Vidljivi mikro-LED ekrani, na primjer, mogu se napraviti korištenjem pristupa fotolitografije.
Slika 3: UVC mikro-LED ekran fotolitografija otkriva profil površine (desno) i slike fotolitografije bez maske (lijevo) na fotorezist-oblatama obloženim fotorezistom. Pet sekundi ekspozicija je bila na 80 mA.
Iako strukturna rezolucija nije tako dobra kao ona koja se postiže kontaktnom ekspozicijom, istraživači primjećuju da bi fotolitografija bez maske mogla biti znatno poboljšana sličnim metodama sočiva i fokusiranja. Takve metode fotolitografije bez maske mogle bi industriji poluvodiča uštedjeti značajnu količinu vremena i novca jer ukidaju zahtjeve za laserskim-maskama za pisanje, posebno zato što uže širine linija do veličine piksela mikro-kola za prikaz pokazuju ogromno obećanje.
Poboljšanjem kvaliteta epitaksijalne pločice i postizanjem preciznijeg poravnanja, istraživači žele prijeći preko trenutnog ograničenja od 320x140 piksela i otvoriti vrata za mnogo više-UVC mikro{3}}LED ekrane sa do 8K piksela u svakoj dimenziji, što je potrebno za HD i UHD rezolucije.
https://www.benweilight.com/lighting-cijev-sijalica/led-solarna-ulična-svjetla-na otvorenom.html
