Mae ymchwilwyr Tsieineaidd yn adrodd am greu araeau uwchfioled dwfn 270 nm- tonfedd dwfn -C (UVC) o ficro-LEDs ar gyfer ffotolithograffeg agosrwydd heb fasgiau [Feng Feng et al, nature photonics, a gyhoeddwyd ar-lein 15 Hydref 2024].
"Mae araeau micro UVC yn cael eu gwerthfawrogi'n gynyddol mewn ffotolithograffeg a ffotocemeg fel offer ar gyfer cynhyrchu patrymau delwedd mympwyol a'u trosglwyddo i ddeunyddiau sy'n sensitif i olau fel ffotoresyddion, gan ddileu'r angen am fasgiau ffotograffig costus," meddai tîm o Sefydliad Suzhou Nanotech a Nano-Bionics, Science and Technology, a Phrifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Hong Kong.
Mewn cyferbyniad â lampau anwedd mercwri, mae LEDs UVC yn hanesyddol wedi'u datblygu'n bennaf ar gyfer cymwysiadau sterileiddio firaol oherwydd eu heffeithlonrwydd uchel, oes hir, a dim effaith amgylcheddol.
Dangosir system LED fflip{0}}sglodyn UVC micro- yn Ffigur 1. b. Siâp yr arae meicro 6μmx6μm UVC-LED fel y'i gwelir gan sganio microsgopeg electron, gydag arae arunig stand 5μmx5μm wedi'i chynnwys fel mewnosod. c. Micrograffi dyfeisiau annibynnol gan ddefnyddio electroluminescence (EL).
Crëwyd yr araeau UVC LED gan yr ymchwilwyr gan ddefnyddio wafferi epitaxial alwminiwm gallium nitride (AlGaN) masnachol 2- (Ffigur 1). "Mae'r effaith bwa amlwg hon yn rhwystr mawr wrth gyflawni arddangosiadau LED fformat UVC micro mawr, gan ei fod yn achosi bylchau aliniad sylweddol yn ystod prosesau gwneuthuriad megis patrwm electrod, ysgythru tyllau, a bondio sglodion fflip," mae'r tîm yn nodi, gan gyfeirio at yr anawsterau a achosir gan fwy na 100 μm o fowlio'r wafferi.
Mae'r effeithiau straen a ddaw yn sgil y dellt nodedig a'r diffyg cyfatebiaeth ehangu thermol rhwng y swbstrad saffir a haenau AlGaN yn gysylltiedig â'r plygu hwn.
Trwy ddefnyddio darnau bach o wafferi a oedd yn cael eu canu trwy ddisio laser, roedd yr ymchwilwyr yn gallu lleihau dylanwad y plygu a sicrhau cywirdeb derbyniol mewn patrwm arae i lawr i 3μm o led mesa.
Ultrathin nicel/aur, sydd bron yn dryloyw yn y rhanbarth tonfedd UVC, oedd yn ffurfio'r cyswllt uchaf.
O dan duedd gwrthdro, dangosodd y ddyfais ganlyniadol gerrynt gollyngiad isel iawn, yn is na therfyn canfod 100fA yr offer mesur. Mae'r tîm yn nodi bod hyn oherwydd y dyddodiad haen atomig (ALD)-goddefiad wal ochr a dyfwyd a'r difrod llai i wal ochr a achosir gan driniaeth tetramethylamonium hydrocsid (TMAH).
dangoswyd bod dwysedd cerrynt uwch ar gyfer gogwydd penodol yn fanteisiol ar gyfer dyfeisiau llai, gan arwain at fwy o unffurfiaeth cerrynt ledled y LED.
"Mae'r cymarebau arwyneb gwell i-gyfaint ac effaith gorlenwi cerrynt gostyngol yn helpu i wella afradu gwres mewn dyfeisiau llai, gan leihau diraddiad thermol o dan chwistrelliad cerrynt uchel," meddai'r tîm.
Wrth i'r gogwydd ymlaen godi o 3.95V i 4.2V, gostyngodd ffactor delfrydol y dyfeisiau o 3.9 i 2.8. Cafodd ailgyfuniad an-belydrol o ganlyniad i ansawdd is-optimaidd y wafferi epitaxial ei gredydu â'r delfrydedd uchel.
Yn ôl yr ymchwilwyr, roedd y waliau ochr yn ffynhonnell ddi-nod bron o ganolfannau ailgyfuno an-belydrol oherwydd y triniaethau TMAH a goddefol a ddefnyddiwyd ganddynt. Roedd rhywfaint o arwydd, serch hynny, “efallai na fydd y triniaethau goddefol a TMAH yn gwbl effeithiol wrth atal ailgyfuniadau nad ydynt yn ymbelydrol sy’n tarddu o ddiffygion a achosir gan ddifrod i wal ochr” yn y dyfeisiau llai, i lawr i 3μm.
Wrth i faint y ddyfais grebachu o 100μm i 3μm, mae'r effeithlonrwydd cwantwm allanol brig (Ffigur 2) yn gwthio tuag at ddwysedd cerrynt mwy, gan fynd o 15A/cm2 i 70A/cm2. Roedd yr EQEs yn drefn maint is na'r hyn y gellid ei gael gyda LEDs goddefol gwyrdd neu las.
Mae Ffigur 2 yn dangos y gymhareb brig EQE ac EQE droop ar gyfer pob maint dyfais (smotiau) ynghyd â llinellau tueddiad o'i gymharu â'r gwerth brig.
"Mae'r droop EQE yn gostwng o 67.5% i 17.9% wrth i faint y ddyfais leihau," mae'r tîm yn canfod, gan ddangos bod dyfeisiau llai yn darparu gwell sefydlogrwydd o ran allyriadau golau ar ddwysedd cyfredol uwch oherwydd eu gwasgariad gwres uwch.
Mae'r ymchwilwyr yn rhoi credyd am y cynnydd mewn EQE ar gyfer diamedrau llai na 30 μm sy'n lledu unffurfiaeth cerrynt uwch a gwell effeithlonrwydd echdynnu golau (LEE). “Mae dyfeisiau llai yn allyrru golau yn agosach at y waliau ochr, gan arwain at fwy o blygiant wal ochr ac o ganlyniad LEE uwch,” dywed yr ymchwilwyr.
Roedd-lled llawn y dyfeisiau ar hanner uchafswm (FWHM) yn llai na 21 nm, ac roedd eu tonfedd brig tua 270 nm. Ar gerrynt isel, mae tonfedd brig y ddyfais 3μm wedi'i newid gan 2 nm, tra ar gerhyntau uwch (y tu hwnt i 70A/cm2), fe'i hailsymudodd gan 1 nm.
Yn ôl y gwyddonwyr, mae'r newid hwn o ganlyniad i effeithiau llenwi band a hunan-gwresogi-gwasgfan band ysgogedig yn cystadlu â'i gilydd. Mae'r llwybr trosglwyddo gwres gwell, sy'n achosi cynnydd arafach yn nhymheredd y gyffordd, yn gyfrifol am y newid sbectrol cyffredinol ar draws yr holl ddwysedd presennol, sef dim ond tua 2 nm.
Gyda dwysedd o 43.6W/cm2, pŵer allbwn golau (LOP) y LEDs 100μm oedd 4.5mW ar 35mA. Y dwysedd LOP uchaf ar gyfer y LEDs 3μm oedd 396W/cm2. "Gall hyn hefyd fod oherwydd yr effaith tonnau mewn haenau aml-haenau AlGaN, lle mae dyfeisiau mwy yn profi colled pŵer cynyddol oherwydd llwybr optegol hirach o'r ffynhonnau cwantwm lluosog allyrru i'r awyr." Mae'r tîm yn nodi y gall dyfeisiau llai, gyda cherrynt gwell- sy'n lledaenu unffurfiaeth a sefydlogrwydd thermol, gynnal dwyseddau cerrynt uwch, a thrwy hynny gyflawni mwy o ddwysedd pŵer optegol.
Mae tymereddau cyffordd eithafol a achosir gan weithredu ar y pwynt pŵer uchaf yn cynyddu heneiddio ac yn achosi dirywiad thermol.
Dwysedd LOP y ddyfais 3μm oedd 25.9W/cm2 ar 100A/cm2. Mae gan hyn "botensial ardderchog fel ffynhonnell golau ffotolithograffeg," yn ôl yr ymchwilwyr.
Yn seiliedig ar ddyfeisiau 6μm ar draw 10μm, roedd yr ymchwilwyr yn gallu ehangu maint araeau UVC LED o'r picsel 16x16 a ddogfennwyd yn flaenorol yn y llenyddiaeth wyddonol i 160x90 picsel (2540/modfedd). Ar gyfer gwell echdynnu golau ochr cefn trwy'r swbstrad saffir teneuach, roedd yr araeau wedi'u gorchuddio ag arwyneb uchaf Al UVC a adlewyrchol iawn.
Gyda gogwydd ymlaen o 12V a dwysedd cerrynt o 20A/cm2, cynhyrchodd yr arae bŵer allbwn optegol o 16.6mW. Ar 8A/cm2, cyrhaeddodd yr EQE uchafbwynt o 4.1%.
Yn ôl yr ymchwilwyr, "Mae'r arddangosfa UVC micro-LED yn rhagori ar raddnodi 25mW/cm2 y lamp mercwri 365nm a ddefnyddir yn aliniwr masgiau Karl Suss MA-6 i fodloni gofynion y dogn amlygiad ffotoresistiaid trwy gynnig dwysedd pŵer optegol digonol o hyd at 1.1W/cm2 ar gyfer goleuadau sgrin lawn."
Er mwyn gwerthuso galluoedd ffotolithograffeg, defnyddiwyd arae UVC 320x140 gyda 9μm picsel gyda bylchiad o 12μm (Ffigur 3). Defnyddiwyd lympiau indium i fflipio-sglodyn, glud yr arae ar sglodyn gyrrwr CMOS. Roedd yr i-llinell AZ MiR 703 sensitif mewn gosodiad patrwm agosrwydd yn gweithredu fel ffotoresydd y prawf. Er enghraifft, mae'n bosibl y bydd sgriniau LED micro gweladwy yn cael eu gwneud gan ddefnyddio'r dull ffotolithograffeg.
Ffigur 3: Mae ffotolithograffeg arddangos UVC micro-LED yn datgelu proffil yr arwyneb (dde) a lluniau ffotolithograffeg heb fasgiau (chwith) ar wafferi â gorchudd ffotoresist. Am bum eiliad, roedd y datguddiad ar 80mA.
Er nad yw'r cydraniad strwythurol cystal â'r hyn a gafwyd gydag amlygiad cyswllt, mae'r ymchwilwyr yn nodi y gallai ffotolithograffeg heb fasgiau gael ei wella'n fawr gan ddulliau lens a chanolbwyntio tebyg. Gallai dulliau ffotolithograffi di-fag o'r fath arbed llawer o amser ac arian i'r diwydiant lled-ddargludyddion drwy wneud i ffwrdd â'r gofyniad am fygydau ysgrifennu â laser, yn enwedig oherwydd bod llinellau culach i lawr i faint picsel cylchedau arddangos micro yn dangos addewid aruthrol.
Trwy wella ansawdd y wafer epitaxial a sicrhau aliniad mwy manwl gywir, mae'r ymchwilwyr eisiau mynd dros y cyfyngiad presennol o 320x140 picsel ac agor y drws ar gyfer arddangosfeydd LED manylder uwch o lawer gyda hyd at 8K picsel ym mhob dimensiwn, sy'n ofynnol ar gyfer cydraniad HD ac UHD.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bwlb/led-solar-stryd{6}}golau-outdoor.html
