Hiina teadlased teatasid 270 nm-lainepikkusega sügava ultraviolett-C (UVC) mikro-LED-massiivide loomisest maskita lähedusfotolitograafia jaoks [Feng Feng et al, nature photonics, avaldatud veebis 15. oktoobril 2024].
"UVC-mikro{0}}LED-massiivid hinnatakse fotolitograafias ja fotokeemias üha enam kui tööriistu suvaliste kujutiste mustrite genereerimiseks ja nende ülekandmiseks valgustundlikele materjalidele, nagu fotoresistid, kaotades vajaduse kulukate fotomaskide järele," märgib Suzhou nanotehnoloogia ja nanotehnoloogia instituudi ning Hongkongi tehnoloogiaülikooli bioonikaülikooli meeskond.
Erinevalt elavhõbeda aurulampidest on UVC LED-id ajalooliselt välja töötatud peamiselt viirussteriliseerimiseks, kuna nende tõhusus, pikk kasutusiga ja keskkonnamõju puudub.
Flip{0}}kiip UVC micro-LED-süsteem on näidatud joonisel 1. b. 6 μm x 6 μm UVC mikro{6}}LED-massiivi kuju skaneeriva elektronmikroskoopia abil koos eraldiseisva massiiviga 5 μm x 5 μm, mis on kaasas sisendiks. c. Eraldiseisvate seadmete mikrograafia elektroluminestsentsi (EL) abil.
UVC LED-massiivid lõid teadlased, kasutades kaubanduslikke 2-tollisi alumiinium-galliumnitriidi (AlGaN) epitaksiaalplaate (joonis 1). "See väljendunud kummardusefekt on suureks takistuseks suure -formaadiga UVC-mikro-LED-ekraanide loomisel, kuna see põhjustab suuri joonduslünki valmistamisprotsesside ajal, nagu elektroodide muster, aukude söövitamine ja flip-chip sidumine," märgib meeskond, viidates raskustele, mida tekitavad vahvlid rohkem kui mm1wing0 μm.
Selle paindumisega on seotud safiiri substraadi ja AlGaN kihtide vahelise märkimisväärse võre ja soojuspaisumise ebakõla põhjustatud deformatsiooniefektid.
Kasutades väikeseid vahvliosasid, mis eraldati laserkuubikutega, suutsid teadlased vähendada painde mõju ja saavutada massiivi mustrimisel vastuvõetava täpsuse kuni 3 μm mesa laiuseni.
Üliõhuke nikkel/kuld, mis on UVC lainepikkuse piirkonnas peaaegu läbipaistev, moodustas ülemise p-kontakti.
Vastupidise nihke korral näitas saadud seade väga madalaid lekkevoolusid, mis on alla mõõteseadme 100fA tuvastamispiiri. Töörühm märgib, et selle põhjuseks on aatomkihtsadestamine (ALD)-kasvanud külgseina passivatsioon ja tetrametüülammooniumhüdroksiidi (TMAH) töötlemise põhjustatud külgseinakahjustuste vähenemine.
Näidati, et suurem voolutihedus antud nihke korral on kasulik väiksemate seadmete jaoks, mis toob kaasa suurema voolu ühtluse kogu LED-is.
"Parem pinna{0}}--mahu suhe ja vähenenud voolu-tungimisefekt aitavad parandada soojuse hajumist väiksemates seadmetes, vähendades termilist lagunemist suure voolu sissepritse korral," märgib meeskond.
Kuna päripinge tõusis 3,95 V-lt 4,2 V-ni, vähenes seadmete ideaaltegur 3,9-lt 2,8-le. Epitaksiaalsete vahvlite suboptimaalsest kvaliteedist tulenev mitte-radiatiivne rekombinatsioon omistati kõrgele ideaalsusele.
Teadlaste sõnul olid külgseinad TMAH-i ja passiveerimisravi tõttu peaaegu tähtsusetu mitte-kiirgusega rekombinatsioonikeskuste allikas. Sellegipoolest oli mõningaid viiteid sellele, et "passiveerimis- ja TMAH-ravi ei pruugi olla täiesti efektiivne mitte--kiirgusrekombinatsioonide pärssimisel, mis tulenevad külgseina kahjustustest põhjustatud defektidest" väiksemates seadmetes, kuni 3 μm.
Kuna seadme suurus kahaneb 100 μm-lt 3 μm-le, tõukab välise kvantefektiivsuse tipp (joonis 2) suuremate voolutiheduste poole, ulatudes 15 A/cm2-lt 70 A/cm2-ni. EQE-d olid suurusjärgu võrra madalamad kui roheliste või siniste passiveeritud LED-idega.
Joonisel 2 on näidatud iga seadme suuruse (punktide) tipptaseme EQE ja EQE langussuhe koos trendijoontega tippväärtuse suhtes.
"EQE langus väheneb 67,5% -lt 17,9% -ni, kui seadme suurus väheneb, " leiab meeskond, näidates, et väiksemad seadmed tagavad parema soojuse hajumise tõttu suurema valguse emissiooni stabiilsuse suurema voolutiheduse korral.
Teadlased omistavad suuremale voolule{0}}jaotuse ühtlasele ja paranenud valguse eraldamise efektiivsusele (LEE) EQE suurenemise eest läbimõõduga alla 30 μm. "Väiksemad seadmed kiirgavad valgust külgseintele lähemale, mille tulemuseks on suurem külgseina murdumine ja sellest tulenevalt suurem LEE," väidavad teadlased.
Seadmete täislaius poole maksimumi juures (FWHM) oli alla 21 nm ja nende maksimaalne lainepikkus oli umbes 270 nm. Madala voolu korral nihkus 3 μm seadme tipplainepikkus 2 nm võrra, samas kui suuremate voolude korral (üle 70 A/cm2) nihkus see 1 nm võrra.
Teadlaste sõnul on see muutus tingitud ribade -täitmise efektidest ja iseenesliku-kuumenemisest-indutseeritud ribalaiuse kahanemisest, mis konkureerivad üksteisega. Täiustatud soojusülekande marsruut, mis põhjustab ristmiku temperatuuri aeglasemat tõusu, vastutab üldise spektraalse nihke eest kõigis voolutihedustes, mis on vaid umbes 2 nm.
Tihedusega 43,6 W/cm2 oli 100 μm LED-ide valgusväljundvõimsus (LOP) 35 mA juures 4,5 mW. 3 μm LED-ide maksimaalne LOP-tihedus oli 396 W/cm2. "Selle põhjuseks võib olla ka lainejuhtimise efekt AlGaN-i mitmekihilistes -kihtides, kus suurematel seadmetel on suurem võimsuskadu, mis on tingitud pikemast optilisest teest kiirgavatest kvantkaevudest õhku." Meeskond märgib, et väiksemad seadmed, millel on voolu ühtlasem{11}}jaotamine ja termiline stabiilsus, võivad taluda suuremat voolutihedust, saavutades seeläbi suurema optilise võimsuse tiheduse.
Maksimaalsel võimsuspunktil töötamisest põhjustatud äärmuslikud ristmiku temperatuurid suurendavad vananemist ja põhjustavad termilist halvenemist.
3 μm seadme LOP tihedus oli 25,9 W/cm2 100 A/cm2 juures. Teadlaste sõnul on sellel "suurepärane potentsiaal fotolitograafia valgusallikana".
Tuginedes 10 μm sammuga 6 μm seadmetele, suutsid teadlased laiendada UVC LED-massiivide suurust 16 × 16 pikslitelt, mis olid varem teaduskirjanduses dokumenteeritud, 160 × 90 pikslini (2540 tolli kohta). Tagumise{8}}valguse eemaldamise parandamiseks läbi õhema safiirsubstraadi kaeti massiivid tugevalt UVC-peegeldava Al pealispinnaga.
Eelpinge 12 V ja voolutihedusega 20 A/cm2 andis massiivi optilise väljundvõimsuse 16,6 mW. 8A/cm2 juures saavutas EQE tipptaseme 4,1%.
Uurijate sõnul ületab UVC-mikro{0}}LED-ekraan 365 nm elavhõbedalambi 25 mW/cm2 kalibreerimisel, mida kasutatakse Karl Suss MA-6 maski joondajas, et täita fotoresisti särituse doosi nõudeid, pakkudes piisavat optilise võimsuse tihedust kuni 1,1 W/cm2 täisekraani valgustamiseks.
Fotolitograafia võimaluste hindamiseks kasutati 320x140 UVC massiivi 9 μm pikslitega 12 μm vahega (joonis 3). Massiivi CMOS-draiveri kiibile{6}}liimimiseks kasutati indiummuhke. Testi fotoresistina toimis i-joontundlik AZ MiR 703 lähedusmustri seadistuses. Nähtavaid mikro{11}}LED-ekraane võib näiteks teha fotolitograafia meetodil.
Joonis 3: UVC mikro-LED-ekraani fotolitograafia näitab pinnaprofiili (paremal) ja maskita fotolitograafia pilte (vasakul) fotoresist-kattega vahvlitel. Viie sekundi jooksul oli säritus 80 mA.
Kuigi struktuurne eraldusvõime ei ole nii hea kui kontaktkiirguse korral, märgivad teadlased, et maskideta fotolitograafiat võivad sarnased objektiivid ja teravustamismeetodid palju parandada. Sellised maskideta fotolitograafia meetodid võivad pooljuhtide tööstusele säästa märkimisväärselt aega ja raha, kaotades laser-kirjutusmaskide nõude, eriti seetõttu, et kitsamad joonelaiused kuni mikro-ekraani ahelate pikslisuuruseni on palju lubavad.
Parandades epitaksiaalplaadi kvaliteeti ja saavutades täpsema joonduse, soovivad teadlased ületada praeguse 320 x 140 piksli piirangu ja avada ukse palju kõrgema -eraldusvõimega UVC-mikro-LED-ekraanidele, mille igas mõõtmes on kuni 8K pikslit, mis on vajalik HD- ja UHD-eraldusvõime jaoks.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/led-päikeseenergia-tänav-valgus-outdoor.html
