Kineski su istraživači izvijestili o stvaranju duboko ultraljubičastih-C (UVC) nizova mikro-LED dioda valne duljine od 270 nm-za blizinsku fotolitografiju bez maske [Feng Feng et al, nature photonics, objavljeno na internetu 15. listopada 2024.].
"UVC mikro{0}}LED nizovi sve se više cijene u fotolitografiji i fotokemiji kao alati za generiranje proizvoljnih uzoraka slike i njihov prijenos na materijale-osjetljive na svjetlo kao što su fotorezisti, čime se eliminira potreba za skupim fotomaskama," primjećuje tim iz Suzhou instituta za nanotehnologiju i nano-bioniku, Južnog sveučilišta za znanost i tehnologiju i Hong Sveučilište znanosti i tehnologije Kong.
Za razliku od žarulja sa živinom parom, UVC LED diode su kroz povijest prvenstveno razvijane za primjene virusne sterilizacije zbog svoje visoke učinkovitosti, dugog vijeka trajanja i bez utjecaja na okoliš.
Flip{0}}chip UVC mikro-LED sustav prikazan je na slici 1. b. Oblik 6μmx6μm UVC mikro-LED niza kako se vidi skenirajućom elektronskom mikroskopijom, sa samostalnim-nizom od 5μmx5μm uključenim kao umetak. c. Mikrografija samostalnih uređaja pomoću elektroluminiscencije (EL).
UVC LED nizove stvorili su istraživači koristeći komercijalne epitaksijalne pločice od 2-inča aluminij galij nitrida (AlGaN) (Slika 1). "Ovaj naglašeni učinak izvijanja predstavlja glavnu prepreku u postizanju UVC mikro{5}}LED zaslona-velikog formata, budući da uzrokuje značajne praznine u poravnanju tijekom procesa izrade kao što su uzorkovanje elektroda, jetkanje rupa i spajanje flip-chip", primjećuje tim, pozivajući se na poteškoće uzrokovane savijanjem pločica od više od 100 μm.
Učinci naprezanja uzrokovani značajnom neusklađenošću rešetke i toplinske ekspanzije između safirne podloge i AlGaN slojeva povezani su s ovim savijanjem.
Upotrebom sićušnih dijelova pločice koji su izdvojeni laserskim rezanjem, istraživači su uspjeli smanjiti utjecaj savijanja i postići prihvatljivu preciznost u uzorku niza do 3 μm širine mesa.
Ultratanki nikal/zlato, koji je gotovo proziran u UVC području valne duljine, činio je gornji p-kontakt.
Pod obrnutom prednaponom, rezultirajući uređaj pokazao je vrlo niske struje curenja, ispod granice detekcije od 100fA mjerne opreme. Tim primjećuje da je to zbog taloženja atomskog sloja (ALD)-narasle pasivizacije bočne stijenke i smanjenog oštećenja bočne stijenke uzrokovane tretmanom tetrametilamonijevim hidroksidom (TMAH).
veća gustoća struje za danu prednapon pokazala se povoljnom za manje uređaje, što dovodi do veće jednolikosti struje kroz LED.
"Poboljšani omjeri površine-i-volumena i smanjeni učinak-nagomilavanja struje pomažu u poboljšanju rasipanja topline u manjim uređajima, smanjujući toplinsku degradaciju pod ubrizgavanjem velike struje", napominje tim.
Kako je prednapon porastao s 3,95 V na 4,2 V, faktor idealnosti uređaja smanjio se s 3,9 na 2,8. Ne-radijativna rekombinacija koja je rezultat suboptimalne kvalitete epitaksijalnih pločica pripisana je visokoj idealnosti.
Prema istraživačima, bočne stijenke su bile gotovo beznačajan izvor centara ne-radijacijske rekombinacije zbog TMAH i tretmana pasivizacije koje su koristili. Ipak, postojale su neke indikacije da "tretmani pasivizacijom i TMAH-om možda neće biti potpuno učinkoviti u suzbijanju ne-radijacijskih rekombinacija koje potječu od defekata uzrokovanih oštećenjem bočne stijenke" u manjim uređajima, sve do 3 μm.
Kako se veličina uređaja smanjuje sa 100 μm na 3 μm, vršna vanjska kvantna učinkovitost (Slika 2) gura se prema većim gustoćama struje, idući od 15 A/cm2 do 70 A/cm2. EQE su bili red veličine niži od onoga što se moglo postići sa zelenim ili plavim pasiviziranim LED diodama.
Slika 2 prikazuje vršni EQE i omjer pada EQE za svaku veličinu uređaja (točke) zajedno s linijama trenda u odnosu na vršnu vrijednost.
"Opadanje EQE smanjuje se sa 67,5% na 17,9% kako se smanjuje veličina uređaja", otkriva tim, pokazujući da manji uređaji pružaju poboljšanu stabilnost emisije svjetlosti pri većim gustoćama struje zbog svoje superiorne disipacije topline.
Istraživači pripisuju veću ujednačenost -širenja struje i poboljšanu učinkovitost ekstrakcije svjetlosti (LEE) za porast EQE za promjere manje od 30 μm. "Manji uređaji emitiraju svjetlost bliže bočnim stijenkama, što rezultira većim lomom bočne stijenke i posljedično višim LEE", kažu istraživači.
Puna -širina uređaja na pola maksimuma (FWHM) bila je manja od 21 nm, a njihova vršna valna duljina bila je oko 270 nm. Pri niskim strujama, vršna valna duljina uređaja od 3 μm pomaknula se u plavo za 2 nm, dok se pri višim strujama (iznad 70 A/cm2) pomaknula u crveno za 1 nm.
Prema znanstvenicima, ova je promjena rezultat-efekta punjenja pojasa i-zagrijavanjem-induciranog smanjivanja pojasa koji se međusobno natječu. Poboljšani put prijenosa topline, koji uzrokuje sporiji porast temperature spoja, odgovoran je za ukupni spektralni pomak preko svih gustoća struje, koji iznosi samo oko 2 nm.
Uz gustoću od 43,6 W/cm2, izlazna snaga svjetla (LOP) 100μm LED dioda bila je 4,5 mW pri 35 mA. Maksimalna gustoća LOP-a za LED diode od 3 μm bila je 396 W/cm2. "Ovo također može biti posljedica efekta valovoda u više-slojevima AlGaN, gdje veći uređaji doživljavaju povećani gubitak snage zbog duljeg optičkog puta od emisijskih višestrukih kvantnih jama do zraka." Tim primjećuje da manji uređaji, s boljom ujednačenošću -širenja struje i toplinskom stabilnošću, mogu izdržati veće gustoće struje, čime se postižu veće gustoće optičke snage.
Ekstremne temperature spoja uzrokovane radom na maksimalnoj točki snage povećavaju starenje i uzrokuju toplinsko pogoršanje.
LOP gustoća uređaja od 3 μm bila je 25,9 W/cm2 pri 100A/cm2. Ovo ima "izvrstan potencijal kao izvor svjetlosti za fotolitografiju", prema istraživačima.
Na temelju uređaja od 6 μm na koraku od 10 μm, istraživači su uspjeli proširiti veličinu UVC LED nizova sa 16x16 piksela koji su prethodno bili dokumentirani u znanstvenoj literaturi na 160x90 piksela (2540/inču). Za poboljšanu ekstrakciju stražnjeg-svjetla kroz tanju safirnu podlogu, nizovi su presvučeni visoko UVC-reflektirajućom Al gornjom površinom.
Uz prednapon od 12 V i gustoću struje od 20 A/cm2, niz je proizveo optičku izlaznu snagu od 16,6 mW. Pri 8 A/cm2, EQE je dosegao vrhunac od 4,1%.
Prema istraživačima, "UVC mikro-LED zaslon nadmašuje kalibraciju od 25 mW/cm2 živine lampe od 365 nm koja se koristi u Karl Suss MA-6 poravnavaču maske kako bi zadovoljio zahtjeve za dozom izloženosti fotorezistu nudeći odgovarajuću gustoću optičke snage do 1,1 W/cm2 za osvjetljenje preko cijelog zaslona."
Za procjenu mogućnosti fotolitografije korišten je UVC niz 320x140 s pikselima od 9 μm na razmaku od 12 μm (Slika 3). Indijske izbočine korištene su za okretanje-čipa i lijepljenje niza na CMOS upravljački čip. AZ MiR 703 osjetljiv na i-liniju u postavci uzorkovanja blizine poslužio je kao fotootpornik za test. Vidljivi mikro-LED zasloni, na primjer, mogu se izraditi pomoću pristupa fotolitografije.
Slika 3: Fotolitografija UVC mikro{1}}LED zaslona otkriva površinski profil (desno) i slike fotolitografije bez maske (lijevo) na pločicama obloženim-fotorezistom. Pet sekundi, izloženost je bila 80 mA.
Iako strukturna rezolucija nije tako dobra kao ona koja se postiže kontaktnom ekspozicijom, istraživači napominju da bi fotolitografija bez maske mogla biti znatno poboljšana sličnim lećama i metodama fokusiranja. Takve metode fotolitografije bez maske mogle bi industriji poluvodiča uštedjeti značajnu količinu vremena i novca ukidanjem zahtjeva za maskama za laser-ispisivanje, posebno zato što uže širine linija sve do veličine piksela mikro-krugova zaslona pokazuju velika obećanja.
Poboljšanjem kvalitete epitaksijalne pločice i postizanjem preciznijeg poravnanja, istraživači žele prijeći trenutno ograničenje od 320x140 piksela i otvoriti vrata za UVC mikro-LED zaslone puno veće-razlučivosti s do 8K piksela u svakoj dimenziji, što je potrebno za HD i UHD rezolucije.
https://www.benweilight.com/lighting-cijev-žarulja/led-solarna-ulična-svjetla-vani.html
