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研究背景

氮化鋁鎵（AlGaN）深紫外（UVC）微發(fā)光二極管（micro-LED）是新興的光電子設備，因其在殺菌消毒、光刻等領域的廣泛應用而成為了研究熱點。然而，開發(fā)具有足夠功率的UVC微LED面臨諸多挑戰(zhàn)，包括光輸出功率（LOP）不足、外量子效率（EQE）低以及發(fā)熱管理問題，這些問題限制了其在實際應用中的效能與穩(wěn)定性。

成果簡介

為了解決這些問題，香港科技大學Feng Feng以及南方科技大學劉召軍教授團隊攜手通過優(yōu)化制造工藝、提升材料品質(zhì)及改進器件設計，致力于提高UVC微LED的性能。研究顯示，該研究實現(xiàn)了270 nm UVC微LED，顯示出高達5.7%的EQE和396 W cm^–2的光輸出密度，這一成果為微型LED的實際應用奠定了基礎。

此外，本研究還開發(fā)了2540像素每英寸的UVC微LED陣列，展現(xiàn)出優(yōu)異的光均勻性和光束整形能力，能夠滿足無掩模光刻的高分辨率需求。以上成果在Nature Photonics期刊上發(fā)表了題為“High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography”的最新論文。

本研究通過對UVC微LED和微顯示屏的全面表征，研究者們證明了這些新型設備能夠在數(shù)秒內(nèi)充分曝光光刻膠，開創(chuàng)了無掩模光刻的新路徑。這一研究不僅推動了UVC微LED的技術進步，也為半導體行業(yè)的未來發(fā)展提供了新的方向。

研究亮點

（1）實驗首次展示了氮化鋁鎵（AlGaN）深紫外（UVC）微發(fā)光二極管（micro-LEDs）在尺寸為3 μm至100 μm范圍內(nèi)的光電特性，取得了出色的外量子效率和光輸出密度。特別是，3 μm微LED設備達到了創(chuàng)紀錄的峰值外量子效率為5.7%和最大亮度為396 W cm^–2。

（2）實驗通過優(yōu)化制造工藝和設計新型UVC微LED陣列，實現(xiàn)了2540像素每英寸的高分辨率顯示。UVC微LED陣列采用后側反射層，展現(xiàn)了良好的發(fā)光均勻性和光束整形能力，進一步增強了光輸出性能。這些UVC微LED顯示屏的分辨率為320 × 140，特別設計用于無掩模光刻應用，利用定制的集成電路驅(qū)動器以實現(xiàn)最佳性能。

（3）通過對UVC微LED和微顯示屏的表征，研究顯示其在光刻膠曝光中能夠在數(shù)秒內(nèi)提供足夠的光劑量，顯著改善了光刻過程的效率。這些微LED的優(yōu)越電流擴散均勻性、熱散發(fā)性能以及光提取效率，為短時間內(nèi)的UV光刻應用提供了新的可能性，展示了其在半導體行業(yè)中的潛在革命性應用。

圖文解讀

圖1: 制造深紫外ultraviolet，UVC微發(fā)光二極管light-emitting diode，LED。

圖2: 獨立深紫外UVC微發(fā)光二極管LED表征。

圖3:并聯(lián)深紫外UVC微發(fā)光二極管LED陣列。

圖4: 深紫外UVC微發(fā)光二極管LED顯示器及其在圖案轉(zhuǎn)移上的應用。

結論展望

本文展示了高效270 nm UVC微LED及其顯示器的制造和表征，強調(diào)了小尺寸微LED在無掩模光刻中的重要性。這一研究為微電子學和光刻技術提供了新的視角，尤其是在制造高效、環(huán)境友好的光源方面。通過實現(xiàn)顯著的峰值外量子效率（EQE）和光輸出密度（LOP），這項研究不僅揭示了微LED在圖像顯示中的靈活性和優(yōu)越性，還為未來無掩模光刻技術的發(fā)展奠定了基礎。

此外，UVC微LED的應用潛力也在不同尺寸的電學和光學特性評估中得到了充分體現(xiàn)。研究表明，隨著微LED尺寸的減小，其光學特性呈現(xiàn)出正相關關系，這為微米級顯示技術的優(yōu)化提供了重要數(shù)據(jù)。通過與定制的CMOS集成電路驅(qū)動器結合使用，微顯示器在高驅(qū)動能力和靈活圖案顯示方面展現(xiàn)了顯著的進展，推動了微顯示器的商業(yè)應用。

因此，本文的成果為微LED技術的進一步發(fā)展和廣泛應用提供了強有力的支持，促進了半導體行業(yè)在無掩模光刻領域的創(chuàng)新與進步，為應對當前對高效光源的需求提供了可行的解決方案。

文獻信息

Feng, F., Liu, Y., Zhang, K. et al. High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography. Nat. Photon. (2024).

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/10/23/a9801daef8/

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IF=32.3！南科大/香港科技大學，Nature Photonics！

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