Investigadors xinesos informen sobre la creació de matrius d'ultraviolats-C (UVC) profunds de 270 nm-de longitud d'ona de micro-LEDs per a fotolitografia de proximitat sense màscara [Feng Feng et al, Nature Photonics, publicat en línia el 15 d'octubre de 2024].
"Les matrius de micro-LED UVC es valoren cada cop més en fotolitografia i fotoquímica com a eines per generar patrons d'imatge arbitraris i transferir-les a materials-sensibles a la llum, com ara fotoresistències, eliminant la necessitat de fotomàscares costoses", remarca l'equip de l'Institut de Nanotecnologia i Nanotecnologia de Suzhou, Universitat de Ciència i Tecnologia, Universitat de Ciència i Tecnologia i Tecnologia del Sud de Hong Kong.
A diferència de les làmpades de vapor de mercuri, els LED UVC s'han desenvolupat històricament principalment per a aplicacions d'esterilització viral a causa de la seva alta eficiència, llarga vida útil i cap efecte ambiental.
A la figura 1 es mostra un sistema de micro-UVC de xip-flip{1}}. b. La forma de la matriu de micro-LED UVC de 6 μmx6 μm, tal com es veu amb la microscòpia electrònica d'escaneig, amb una matriu autònoma de 5 μmx5 μm-inclosa com a inserció. c. Micrografia de dispositius autònoms mitjançant electroluminescència (EL).
Els investigadors van crear les matrius de LED UVC mitjançant hòsties epitaxials comercials de nitrur de gal·li d'alumini (AlGaN) de 2- polzades (figura 1). "Aquest efecte d'arc pronunciat suposa un obstacle important per aconseguir pantalles LED de micro-UVC de -format gran, ja que provoca buits d'alineació substancials durant els processos de fabricació, com ara el modelatge d'elèctrodes, el gravat de forats i la unió de xips", assenyala l'equip, referint-se a les dificultats causades per les hòsties.
Els efectes de tensió provocats per la notable gelosia i el desajustament d'expansió tèrmica entre el substrat de safir i les capes d'AlGaN estan relacionats amb aquesta flexió.
Mitjançant l'ús de petites porcions d'hòstia que es van separar mitjançant daus làser, els investigadors van poder disminuir la influència de la flexió i aconseguir una precisió acceptable en els patrons de matriu fins a una amplada de mesa de 3 μm.
El níquel/or ultrafina, que és gairebé transparent a la regió de longitud d'ona UVC, constituïa el contacte p-superior.
Sota polarització inversa, el dispositiu resultant va mostrar corrents de fuga molt baixes, per sota del límit de detecció de 100fA de l'equip de mesura. L'equip assenyala que això es deu a la deposició de la capa atòmica (ALD)-passivació de la paret lateral i a la disminució del dany a la paret lateral provocada pel tractament amb hidròxid de tetrametilamoni (TMAH).
Es va demostrar que una major densitat de corrent per a un biaix donat era avantatjosa per a dispositius més petits, donant lloc a una major uniformitat de corrent a tot el LED.
"La millora de les relacions superfície-{-volum i la reducció de l'efecte d'amuntegament-de corrent ajuden a millorar la dissipació de calor en dispositius més petits, reduint la degradació tèrmica amb injecció de corrent elevada", comenta l'equip.
A mesura que el biaix cap endavant va augmentar de 3,95 V a 4,2 V, el factor d'idealitat dels dispositius va disminuir de 3,9 a 2,8. La recombinació no-radiativa resultant de la qualitat subòptima de les hòsties epitaxials es va acreditar amb l'alta idealitat.
Segons els investigadors, les parets laterals eren una font gairebé insignificant de centres de recombinació no-radiatius a causa dels tractaments de TMAH i passivació que utilitzaven. No obstant això, hi havia alguns indicis que "els tractaments de passivació i TMAH poden no ser del tot efectius per suprimir recombinacions no-radiatives originades per defectes causats per danys a la paret lateral" als dispositius més petits, fins a 3 μm.
A mesura que la mida del dispositiu es redueix de 100 μm a 3 μm, l'eficiència quàntica externa màxima (figura 2) empeny cap a majors densitats de corrent, passant de 15A/cm2 a 70A/cm2. Els EQE eren un ordre de magnitud inferior al que es podia obtenir amb LEDs passivats verds o blaus.
La figura 2 mostra la relació de caiguda EQE i EQE màxima per a cada mida del dispositiu (punts) juntament amb les línies de tendència relatives al valor màxim.
"La caiguda EQE disminueix del 67,5% al 17,9% a mesura que disminueix la mida del dispositiu", troba l'equip, demostrant que els dispositius més petits proporcionen una estabilitat millorada de l'emissió de llum a densitats de corrent més altes a causa de la seva dissipació de calor superior.
Els investigadors acrediten una major uniformitat-de propagació de corrent i una eficiència d'extracció de llum (LEE) millorada per l'augment de l'EQE per a diàmetres inferiors a 30 μm. "Els dispositius més petits emeten llum més a prop de les parets laterals, donant lloc a més refracció de les parets laterals i, en conseqüència, un LEE més alt", diuen els investigadors.
L'amplada completa-a la meitat màxima dels dispositius (FWHM) era inferior a 21 nm i la seva longitud d'ona màxima era d'uns 270 nm. A corrents baixes, la longitud d'ona màxima del dispositiu de 3 μm es va desplaçar al blau 2 nm, mentre que a corrents més altes (més enllà de 70 A/cm2), es va desplaçar al vermell 1 nm.
Segons els científics, aquest canvi és el resultat dels efectes d'-ompliment de la banda i de la reducció del bandgap induït per l'auto-escalfament- que competeixen entre si. La ruta de transferència de calor millorada, que provoca un augment més lent de la temperatura de la unió, és responsable del canvi espectral global a través de totes les densitats de corrent, que només és d'uns 2 nm.
Amb una densitat de 43,6 W/cm2, la potència de sortida de llum (LOP) dels LED de 100 μm era de 4,5 mW a 35 mA. La densitat màxima de LOP per als LED de 3 μm era de 396 W/cm2. "Això també pot ser degut a l'efecte de guia d'ona en capes múltiples d'AlGaN, on els dispositius més grans experimenten una pèrdua de potència més gran a causa d'un camí òptic més llarg des dels pous quàntics múltiples emissius a l'aire". L'equip assenyala que els dispositius més petits, amb una millor-uniformitat de propagació del corrent i estabilitat tèrmica, poden suportar densitats de corrent més altes, aconseguint així densitats de potència òptica més grans.
Les temperatures extremes d'unió provocades pel funcionament al punt de màxima potència augmenten l'envelliment i provoquen un deteriorament tèrmic.
La densitat LOP del dispositiu de 3 μm era de 25,9 W/cm2 a 100A/cm2. Això té "un potencial excel·lent com a font de llum de fotolitografia", segons els investigadors.
A partir de dispositius de 6 μm amb un pas de 10 μm, els investigadors van poder ampliar la mida de les matrius LED UVC des dels 16x16 píxels que es van documentar anteriorment a la literatura científica fins a 160x90 píxels (2540/polzada). Per millorar l'extracció de la llum-lateral posterior a través del substrat de safir més prim, les matrius es van recobrir amb una superfície superior d'Al altament reflectant-UVC.
Amb una polarització directa de 12 V i una densitat de corrent de 20 A/cm2, la matriu va produir una potència de sortida òptica de 16,6 mW. A 8A/cm2, l'EQE va assolir un màxim del 4,1%.
Segons els investigadors, "La pantalla de micro-LED UVC supera el calibratge de 25 mW/cm2 de la làmpada de mercuri de 365 nm utilitzada a l'alineador de màscara Karl Suss MA-6 per complir els requisits de dosi d'exposició fotoresist, oferint una densitat de potència òptica adequada de fins a 1,1 W/cm2 per a una pantalla completa".
Per avaluar les capacitats de fotolitografia, es va utilitzar una matriu UVC de 320 x 140 amb píxels de 9 μm a un espai de 12 μm (figura 3). Es van utilitzar cops d'indi per girar-xip per enganxar la matriu a un xip de controlador CMOS. L'AZ MiR 703 sensible a i-línia en una configuració de patrons de proximitat va servir com a fotoresistent de la prova. Les pantalles de micro-LED visibles, per exemple, es poden fer mitjançant l'enfocament de la fotolitografia.
Figura 3: la fotolitografia de la pantalla de micro-LED UVC revela el perfil de la superfície (dreta) i les imatges de fotolitografia sense màscara (esquerra) a les hòsties recobertes de fotoresist-. Durant cinc segons, l'exposició va ser de 80 mA.
Tot i que la resolució estructural no és tan bona com l'aconseguida amb l'exposició de contacte, els investigadors remarquen que la fotolitografia sense màscara es podria millorar molt amb lents i mètodes d'enfocament similars. Aquests mètodes de fotolitografia sense màscara poden estalviar a la indústria dels semiconductors una quantitat important de temps i diners eliminant el requisit de màscares d'escriptura làser-, sobretot perquè les amplades de línia més estretes fins a la mida de píxel dels circuits de micro-pantalles mostren una gran promesa.
Millorant la qualitat de l'hòstia epitaxial i assolint una alineació més precisa, els investigadors volen superar la restricció actual de 320 x 140 píxels i obrir la porta a pantalles UVC micro- amb una resolució molt més alta de -UVC amb fins a 8K píxels en cada dimensió, que es requereix per a resolucions HD i UHD.
https://www.benweilight.com/lighting-tub-bombeta/led-solar-llum-de carrer-exterior.html
