فوتولیتوگرافی نمایشگر LED عمیق میکرو{0}}

ایجاد 270 نانومتر{1}}طول موج فرابنفش عمیق-C (UVC) آرایه‌های میکرو-LED برای فتولیتوگرافی مجاورتی بدون ماسک توسط محققان چینی گزارش شده است [فنگ فنگ و همکاران، نورپردازی طبیعت، منتشر شده آنلاین در ۱۵ اکتبر ۲۰۲۴].

تیمی از مؤسسه نانوتکنولوژی سوژو و دانشگاه علوم و فناوری نانو، دانشگاه علوم و فناوری نانو سوژو و دانشگاه علوم و فناوری نانو، دانشگاه هووو، دانشگاه علوم و فناوری نانو و دانشگاه علوم و فناوری نانو سوژو، می‌گوید: «آرایه‌های میکرو{0} LED UVC به‌طور فزاینده‌ای در فتولیتوگرافی و فتوشیمی به‌عنوان ابزاری برای تولید الگوهای تصویر دلخواه و انتقال آن‌ها بر روی مواد حساس به نور مانند مقاوم‌کننده‌های نوری{1}}به‌طور فزاینده‌ای ارزشمند می‌شوند. تکنولوژی.

برخلاف لامپ‌های بخار جیوه، LED‌های UVC در طول تاریخ عمدتاً برای کاربردهای استریل‌سازی ویروسی ساخته شده‌اند، زیرا به دلیل کارایی بالا، طول عمر طولانی و بدون تأثیر زیست‌محیطی هستند.

یک سیستم LED میکرو-تراشه UVC-در شکل 1 نشان داده شده است. ب. شکل آرایه 6μmx6μm UVC micro-LED همانطور که توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده می‌شود، با یک آرایه مستقل 5μmx5μm-به‌تنهایی که به‌عنوان یک قسمت داخلی گنجانده شده است. ج میکرووگرافی دستگاه های مستقل با استفاده از الکترولومینسانس (EL).

آرایه‌های LED UVC توسط محققان با استفاده از ویفرهای همپایه‌ای تجاری ۲-اینچی گالیوم گالیوم نیترید (AlGaN) ایجاد شد (شکل 1). این تیم با اشاره به مشکلات بیش از 10 μm ناشی از وفر کردن، می‌گوید: «این اثر خم شدن برجسته مانع بزرگی در دستیابی به صفحه‌نمایش‌های بزرگ-UVC میکرو-LED می‌شود، زیرا باعث ایجاد شکاف‌های تراز قابل توجهی در طول فرآیندهای ساخت می‌شود.

اثرات کرنش ناشی از شبکه قابل توجه و عدم تطابق انبساط حرارتی بین بستر یاقوت کبود و لایه‌های AlGaN به این خمش مرتبط است.

با استفاده از بخش های ویفر کوچک که از طریق تاس لیزری جدا شده بودند، محققان توانستند تأثیر خمش را کاهش دهند و به دقت قابل قبولی در الگوبرداری آرایه تا عرض 3 میکرومتر برسند.

نیکل/طلا بسیار نازک، که تقریباً در ناحیه طول موج UVC شفاف است، صفحه-تماس بالایی را تشکیل می‌دهد.

تحت بایاس معکوس، دستگاه حاصل جریان نشتی بسیار کم، زیر حد تشخیص 100fA تجهیزات اندازه گیری را نشان داد. این تیم خاطرنشان می کند که این به دلیل رسوب لایه اتمی (ALD)-غیرفعال سازی رشد یافته دیواره جانبی و کاهش آسیب دیواره جانبی ناشی از درمان هیدروکسید تترمتیل آمونیوم (TMAH) است.

نشان داده شد که چگالی جریان بیشتر برای یک بایاس معین برای دستگاه های کوچکتر سودمند است و منجر به یکنواختی جریان بیشتر در سراسر LED می شود.

تیم اظهار می‌دارد: «نسبت سطح به حجم بهبودیافته و اثر شلوغی جریان کاهش یافته-به بهبود اتلاف گرما در دستگاه‌های کوچک‌تر کمک می‌کند و تخریب حرارتی تحت تزریق جریان بالا را کاهش می‌دهد».

با افزایش سوگیری رو به جلو از 3.95 ولت به 4.2 ولت، ضریب ایده آل بودن دستگاه ها از 3.9 به 2.8 کاهش یافت. نوترکیبی غیر تابشی ناشی از کیفیت پایین‌تر از حد مطلوب ویفرهای همپایی با ایده‌آل بودن بالا در نظر گرفته شد.

به گفته محققان، دیواره‌های کناری منبع تقریباً ناچیز مراکز نوترکیبی غیر{0}}پرتویی به دلیل TMAH و درمان‌های غیرفعال‌سازی مورد استفاده بودند. با این وجود، نشانه‌هایی وجود داشت که «تعمل‌های غیرفعال‌سازی و TMAH ممکن است به طور کامل در سرکوب نوترکیبی‌های غیر تشعشعی ناشی از نقص‌های ناشی از آسیب دیواره جانبی» در دستگاه‌های کوچک‌تر تا 3 میکرومتر مؤثر نباشد.

همانطور که اندازه دستگاه از 100μm به 3μm کاهش می یابد، اوج بازده کوانتومی خارجی (شکل 2) به سمت چگالی جریان بیشتر می رود و از 15A/cm2 به 70A/cm2 می رسد. EQE ها مرتبه ای کمتر از آن چیزی بودند که می توان با LED های غیرفعال شده سبز یا آبی به دست آورد.

شکل 2 اوج EQE و نسبت افت EQE را برای هر اندازه دستگاه (نقطه) همراه با خطوط روند نسبت به مقدار پیک نشان می دهد.

این تیم دریافتند: "افت EQE از 67.5٪ به 17.9٪ کاهش می یابد، زیرا اندازه دستگاه کاهش می یابد."

افزایش یکنواختی جریان-و بازده استخراج نور بهبود یافته (LEE) توسط محققان برای افزایش EQE برای قطرهای کمتر از 30 میکرومتر اعتبار داده شده است. محققان می‌گویند: «دستگاه‌های کوچک‌تر نور را نزدیک‌تر به دیواره‌های جانبی ساطع می‌کنند که منجر به شکست بیشتر دیواره‌های جانبی و در نتیجه LEE بیشتر می‌شود».

پهنای کامل دستگاه‌ها در نصف حداکثر (FWHM) کمتر از 21 نانومتر و حداکثر طول موج آنها حدود 270 نانومتر بود. در جریان‌های کم، حداکثر طول موج دستگاه 3 میکرومتری به میزان 2 نانومتر به آبی تغییر می‌کند، در حالی که در جریان‌های بالاتر (بیش از 70A/cm2)، 1 نانومتر به قرمز تغییر می‌کند.

به گفته دانشمندان، این تغییر نتیجه رقابت باند-اثرات پرکننده و خود{1}}گرم شدن-کاهش شکاف باند ناشی از رقابت با یکدیگر است. مسیر انتقال حرارت بهبود یافته، که باعث افزایش آهسته‌تر دمای محل اتصال می‌شود، مسئول تغییر طیفی کلی در تمام چگالی‌های جریان است که تنها حدود 2 نانومتر است.

با چگالی 43.6W/cm2، توان خروجی نور (LOP) LED های 100μm 4.5mW در 35mA بود. حداکثر چگالی LOP برای LED های 3μm 396W/cm2 بود. "این ممکن است به دلیل اثر هدایت موج در چند لایه AlGaN باشد، جایی که دستگاه‌های بزرگ‌تر به دلیل مسیر نوری طولانی‌تر از چاه‌های کوانتومی چندگانه به هوا، تلفات توان بیشتری را تجربه می‌کنند." این تیم خاطرنشان می‌کند که دستگاه‌های کوچک‌تر، با یکنواختی پخش جریان{11} و پایداری حرارتی بهتر، می‌توانند چگالی جریان بالاتری را حفظ کنند و در نتیجه به چگالی توان نوری بیشتری دست یابند.

دمای شدید اتصال ناشی از کارکرد در نقطه حداکثر توان، پیری را افزایش می دهد و باعث زوال حرارتی می شود.

چگالی LOP دستگاه 3μm 25.9W/cm2 در 100A/cm2 بود. به گفته محققان، این پتانسیل بسیار خوبی به عنوان منبع نور فوتولیتوگرافی دارد.

بر اساس دستگاه‌های 6μm در گام 10μm، محققان توانستند اندازه آرایه‌های UVC LED را از پیکسل‌های 16x16 که قبلاً در ادبیات علمی مستند شده بود، به 160x90 پیکسل (2540/اینچ) افزایش دهند. برای استخراج بهتر نور پشتی{8}}از طریق زیرلایه نازک‌تر یاقوت کبود، آرایه‌ها با سطح بالایی Al بسیار منعکس‌کننده UVC پوشانده شدند.

با بایاس رو به جلو 12 ولت و چگالی جریان 20A/cm2، آرایه توان خروجی نوری 16.6mW را تولید کرد. در 8A/cm2، EQE به 4.1 درصد رسید.

به گفته محققان، "نمایشگر UVC میکرو-LED از کالیبراسیون 25 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع لامپ جیوه 365 نانومتری که در ترازکننده ماسک Karl Suss MA{7}}6 استفاده می‌شود، پیشی می‌گیرد تا با ارائه چگالی توان اپتیکال کافی برای روشنایی کامل تا 21 وات بر سانتی‌متر، نیازهای دوز نوردهی مقاوم به نور را برآورده کند.»

برای ارزیابی قابلیت های فوتولیتوگرافی، یک آرایه UVC 320x140 با پیکسل های 9μm در فاصله 12μm استفاده شد (شکل 3). برجستگی های ایندیوم برای چرخاندن{6}}چسب تراشه آرایه روی یک تراشه درایور CMOS استفاده شد. i{8}}خط حساس AZ MiR 703 در یک تنظیم الگوی مجاورت به عنوان مقاومت نوری آزمایش عمل کرد. برای مثال، نمایشگرهای میکرو{11}LED قابل مشاهده، ممکن است با استفاده از روش فوتولیتوگرافی ساخته شوند.

شکل 3: فتولیتوگرافی با نمایشگر UVC میکرو-پروفایل سطح (راست) و تصاویر فوتولیتوگرافی بدون ماسک (سمت چپ) روی ویفرهای پوشش داده شده با مقاومت نوری-را نشان می‌دهد. برای پنج ثانیه، نوردهی در 80 میلی آمپر بود.

اگرچه وضوح ساختاری به خوبی آن نیست که با قرار گرفتن در معرض تماس به دست می‌آید، محققان خاطرنشان می‌کنند که فوتولیتوگرافی بدون ماسک ممکن است با روش‌های مشابه و فوکوس لنز افزایش یابد. چنین روش‌های فوتولیتوگرافی بدون ماسک ممکن است با از بین بردن نیاز ماسک‌های نوشتن لیزری، مقدار قابل توجهی در زمان و هزینه صنعت نیمه‌رسانا صرفه‌جویی کند، به‌ویژه به این دلیل که پهنای خطوط باریک‌تر به اندازه پیکسل مدارهای میکرو-نمایش، نوید بسیار زیادی را نشان می‌دهد.

با بهبود کیفیت ویفر اپیتاکسیال و دستیابی به تراز دقیق‌تر، محققان می‌خواهند محدودیت فعلی 320x140 پیکسل را پشت سر بگذارند و در را برای نمایشگرهای LED با وضوح بسیار بالاتر-UVC micro{3}} با حداکثر 8K پیکسل در هر بعد، که برای وضوح HD و UHD لازم است، باز کنند.

https://www.benweilight.com/lighting-لوله-لامپ/led{4}}خورشیدی-خیابان-نور-outdoor.html