IF=32.3！南科大/香港科技大学，Nature Photonics！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-10-26 08:18

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研究背景

氮化铝镓（AlGaN）深紫外（UVC）微发光二极管（micro-LED）是新兴的光电子设备，因其在杀菌消毒、光刻等领域的广泛应用而成为了研究热点。然而，开发具有足够功率的UVC微LED面临诸多挑战，包括光输出功率（LOP）不足、外量子效率（EQE）低以及发热管理问题，这些问题限制了其在实际应用中的效能与稳定性。

成果简介

为了解决这些问题， 香港科技大学Feng Feng以及南方科技大学刘召军教授 团队携手通过优化制造工艺、提升材料品质及改进器件设计，致力于提高UVC微LED的性能。研究显示，该研究实现了270 nm UVC微LED，显示出高达5.7%的EQE和396 W cm ^–2 的光输出密度，这一成果为微型LED的实际应用奠定了基础。

此外，本研究还开发了2540像素每英寸的UVC微LED阵列，展现出优异的光均匀性和光束整形能力，能够满足无掩模光刻的高分辨率需求。以上成果在Nature Photonics期刊上发表了题为“High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography”的最新论文。

本研究通过对UVC微LED和微显示屏的全面表征，研究者们证明了这些新型设备能够在数秒内充分曝光光刻胶，开创了无掩模光刻的新路径。这一研究不仅推动了UVC微LED的技术进步，也为半导体行业的未来发展提供了新的方向。

研究亮点

（1）实验首次展示了氮化铝镓（AlGaN）深紫外（UVC）微发光二极管（micro-LEDs）在尺寸为3 μm至100 μm范围内的光电特性，取得了出色的外量子效率和光输出密度。特别是，3 μm微LED设备达到了创纪录的峰值外量子效率为5.7%和最大亮度为396 W cm ^–2 。

（2）实验通过优化制造工艺和设计新型UVC微LED阵列，实现了2540像素每英寸的高分辨率显示。UVC微LED阵列采用后侧反射层，展现了良好的发光均匀性和光束整形能力，进一步增强了光输出性能。这些UVC微LED显示屏的分辨率为320 × 140，特别设计用于无掩模光刻应用，利用定制的集成电路驱动器以实现最佳性能。

（3）通过对UVC微LED和微显示屏的表征，研究显示其在光刻胶曝光中能够在数秒内提供足够的光剂量，显著改善了光刻过程的效率。这些微LED的优越电流扩散均匀性、热散发性能以及光提取效率，为短时间内的UV光刻应用提供了新的可能性，展示了其在半导体行业中的潜在革命性应用。

图文解读

图1: 制造深紫外ultraviolet，UVC微发光二极管light-emitting diode，LED。

图2: 独立深紫外UVC微发光二极管LED表征。

图3:并联深紫外UVC微发光二极管LED阵列。

图4: 深紫外UVC微发光二极管LED显示器及其在图案转移上的应用。

结论展望

本文展示了高效270 nm UVC微LED及其显示器的制造和表征，强调了小尺寸微LED在无掩模光刻中的重要性。这一研究为微电子学和光刻技术提供了新的视角，尤其是在制造高效、环境友好的光源方面。通过实现显著的峰值外量子效率（EQE）和光输出密度（LOP），这项研究不仅揭示了微LED在图像显示中的灵活性和优越性，还为未来无掩模光刻技术的发展奠定了基础。

此外，UVC微LED的应用潜力也在不同尺寸的电学和光学特性评估中得到了充分体现。研究表明，随着微LED尺寸的减小，其光学特性呈现出正相关关系，这为微米级显示技术的优化提供了重要数据。通过与定制的CMOS集成电路驱动器结合使用，微显示器在高驱动能力和灵活图案显示方面展现了显著的进展，推动了微显示器的商业应用。

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