डीप यूवी माइक्रो-एलईडी डिस्प्ले फोटोलिथोग्राफी

चीनी शोधकर्ताओं द्वारा मास्कलेस प्रॉक्सिमिटी फोटोलिथोग्राफी के लिए 270 एनएम {1}तरंग दैर्ध्य गहरी पराबैंगनी {{2}सी (यूवीसी) सूक्ष्म -}एलईडी के निर्माण की सूचना दी गई है [फेंग फेंग एट अल, नेचर फोटोनिक्स, 15 अक्टूबर 2024 को ऑनलाइन प्रकाशित]।

सूज़ौ इंस्टीट्यूट ऑफ नैनोटेक एंड नैनो बायोनिक्स, साउदर्न यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी और हांगकांग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी की टीम कहती है, "फोटोलिथोग्राफी और फोटोकैमिस्ट्री में फोटोलिथोग्राफी और फोटोकैमिस्ट्री में एलईडी सरणियों को मनमाना छवि पैटर्न तैयार करने और उन्हें फोटोरेसिस्ट जैसी प्रकाश संवेदनशील सामग्रियों पर स्थानांतरित करने, महंगे फोटोमास्क की आवश्यकता को खत्म करने के उपकरण के रूप में महत्व दिया जा रहा है।"

पारा वाष्प लैंप के विपरीत, यूवीसी एलईडी को ऐतिहासिक रूप से मुख्य रूप से वायरल नसबंदी अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया गया है क्योंकि उनकी उच्च दक्षता, लंबे जीवनकाल और कोई पर्यावरणीय प्रभाव नहीं है।

एक फ़्लिप{0}}चिप यूवीसी माइक्रो{{1}एलईडी सिस्टम चित्र 1 में दिखाया गया है। बी। 6μmx6μm UVC माइक्रो -LED सरणी का आकार, जैसा कि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को स्कैन करके देखा गया है, एक 5μmx5μm स्टैंड{{9}अकेले सरणी को इनसेट के रूप में शामिल किया गया है। सी। इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंस (ईएल) का उपयोग कर स्टैंडअलोन उपकरणों की माइक्रोग्राफी।

यूवीसी एलईडी सारणी शोधकर्ताओं द्वारा वाणिज्यिक 2 - इंच एल्यूमीनियम गैलियम नाइट्राइड (एएलजीएएन) एपिटैक्सियल वेफर्स (चित्रा 1) का उपयोग करके बनाई गई थी। "यह स्पष्ट झुकने वाला प्रभाव बड़े प्रारूप वाले यूवीसी माइक्रो {{5} एलईडी डिस्प्ले को प्राप्त करने में एक बड़ी बाधा उत्पन्न करता है, क्योंकि यह इलेक्ट्रोड पैटर्निंग, छेद नक़्क़ाशी और फ्लिप-चिप बॉन्डिंग जैसी निर्माण प्रक्रियाओं के दौरान पर्याप्त संरेखण अंतराल का कारण बनता है," टीम नोट करती है, वेफर्स के 100μm से अधिक झुकने के कारण होने वाली कठिनाइयों का जिक्र करते हुए।

नीलमणि सब्सट्रेट और AlGaN परतों के बीच उल्लेखनीय जाली और थर्मल विस्तार बेमेल द्वारा लाया गया तनाव प्रभाव इस झुकने से जुड़ा हुआ है।

लेजर डाइसिंग के माध्यम से एकल किए गए छोटे वेफर भागों को नियोजित करके, शोधकर्ता झुकने के प्रभाव को कम करने और 3μm मीसा चौड़ाई तक सरणी पैटर्निंग में स्वीकार्य सटीकता प्राप्त करने में सक्षम थे।

अल्ट्राथिन निकल/सोना, जो यूवीसी तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में लगभग पारदर्शी है, शीर्ष पी -संपर्क बनाता है।

रिवर्स बायस के तहत, परिणामी डिवाइस ने मापने वाले उपकरण की 100fA पहचान सीमा के नीचे, बहुत कम रिसाव धाराएं दिखाईं। टीम का कहना है कि ऐसा परमाणु परत जमाव (एएलडी) के बढ़े हुए साइडवॉल निष्क्रियता और टेट्रामिथाइलमोनियम हाइड्रॉक्साइड (टीएमएएच) उपचार के कारण साइडवॉल क्षति में कमी के कारण है।

किसी दिए गए पूर्वाग्रह के लिए अधिक वर्तमान घनत्व को छोटे उपकरणों के लिए फायदेमंद दिखाया गया है, जिससे पूरे एलईडी में अधिक वर्तमान एकरूपता आ गई है।

टीम की टिप्पणी है, "बेहतर सतह {{0} से {{1} वॉल्यूम अनुपात और कम धारा {{2} भीड़ प्रभाव छोटे उपकरणों में गर्मी अपव्यय में सुधार करने में मदद करता है, उच्च वर्तमान इंजेक्शन के तहत थर्मल गिरावट को कम करता है।"

जैसे ही आगे का पूर्वाग्रह 3.95V से बढ़कर 4.2V हो गया, उपकरणों का आदर्श कारक 3.9 से घटकर 2.8 हो गया। एपिटैक्सियल वेफर्स की उप-इष्टतम गुणवत्ता के परिणामस्वरूप होने वाले गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन को उच्च आदर्शता का श्रेय दिया गया।

शोधकर्ताओं के अनुसार, उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले टीएमएएच और पैसिवेशन उपचारों के कारण साइडवॉल गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन केंद्रों का लगभग नगण्य स्रोत थे। फिर भी, कुछ संकेत थे कि "पैसिवेशन और टीएमएएच उपचार 3μm तक के छोटे उपकरणों में साइडवॉल क्षति के कारण होने वाले दोषों से उत्पन्न होने वाले गैर-{2}} विकिरण पुनर्संयोजन को दबाने में पूरी तरह से प्रभावी नहीं हो सकते हैं"।

जैसे ही डिवाइस का आकार 100μm से घटकर 3μm हो जाता है, शिखर बाहरी क्वांटम दक्षता (चित्रा 2) अधिक वर्तमान घनत्व की ओर बढ़ती है, जो 15A/cm2 से 70A/cm2 तक जाती है। ईक्यूई हरे या नीले निष्क्रिय एल ई डी से प्राप्त की जा सकने वाली मात्रा से कम परिमाण का एक क्रम था।

चित्र 2 प्रत्येक डिवाइस आकार (डॉट्स) के लिए शिखर ईक्यूई और ईक्यूई ड्रॉप अनुपात को शिखर मूल्य के सापेक्ष प्रवृत्ति रेखाओं के साथ दिखाता है।

टीम ने पाया, "जैसे-जैसे डिवाइस का आकार घटता है, EQE ड्रॉप 67.5% से घटकर 17.9% हो जाता है," टीम ने दर्शाया कि छोटे उपकरण अपने बेहतर ताप अपव्यय के कारण उच्च वर्तमान घनत्व पर प्रकाश उत्सर्जन की बेहतर स्थिरता प्रदान करते हैं।

शोधकर्ताओं ने 30 माइक्रोन से कम व्यास वाले ईक्यूई में वृद्धि के लिए उच्च धारा प्रसार एकरूपता और बेहतर प्रकाश निष्कर्षण दक्षता (एलईई) को श्रेय दिया है। शोधकर्ताओं का कहना है, "छोटे उपकरण साइडवॉल के करीब प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप साइडवॉल का अपवर्तन अधिक होता है और परिणामस्वरूप एलईई अधिक होता है।"

उपकरणों की आधी अधिकतम चौड़ाई (एफडब्ल्यूएचएम) 21 एनएम से कम थी, और उनकी चरम तरंग दैर्ध्य लगभग 270 एनएम थी। कम धाराओं पर, 3μm डिवाइस की चरम तरंग दैर्ध्य 2 एनएम से नीली हो गई, जबकि उच्च धाराओं (70A/cm2 से अधिक) पर, यह 1 एनएम से लाल हो गई।

वैज्ञानिकों के अनुसार, यह परिवर्तन बैंड {{0}भरण प्रभाव और स्वयं {{1}हीटिंग{{2}प्रेरित बैंडगैप सिकुड़न के एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा करने का परिणाम है। बेहतर गर्मी हस्तांतरण मार्ग, जो जंक्शन तापमान में धीमी वृद्धि का कारण बनता है, सभी मौजूदा घनत्वों में समग्र वर्णक्रमीय बदलाव के लिए ज़िम्मेदार है, जो केवल 2 एनएम है।

43.6W/cm2 के घनत्व के साथ, 100μm एलईडी की प्रकाश उत्पादन शक्ति (LOP) 35mA पर 4.5mW थी। 3μm एलईडी के लिए अधिकतम LOP घनत्व 396W/cm2 था। "यह AlGaN मल्टी - परतों में वेवगाइडिंग प्रभाव के कारण भी हो सकता है, जहां बड़े उपकरणों को उत्सर्जक मल्टीपल क्वांटम कुओं से हवा तक लंबे ऑप्टिकल पथ के कारण बिजली हानि में वृद्धि का अनुभव होता है।" टीम का कहना है कि छोटे उपकरण, बेहतर करंट फैलाने वाली एकरूपता और थर्मल स्थिरता के साथ, उच्च करंट घनत्व को बनाए रख सकते हैं, जिससे अधिक ऑप्टिकल पावर घनत्व प्राप्त हो सकता है।

अधिकतम पावर प्वाइंट पर संचालन के कारण अत्यधिक जंक्शन तापमान उम्र बढ़ने और थर्मल गिरावट का कारण बनता है।

3μm डिवाइस का LOP घनत्व 100A/cm2 पर 25.9W/cm2 था। शोधकर्ताओं के अनुसार, इसमें "फोटोलिथोग्राफी प्रकाश स्रोत के रूप में उत्कृष्ट क्षमता है।"

10μm पिच पर 6μm उपकरणों के आधार पर, शोधकर्ता UVC LED सरणियों के आकार को 16x16 पिक्सेल से विस्तारित करने में सक्षम थे जो पहले वैज्ञानिक साहित्य में 160x90 पिक्सेल (2540/इंच) तक प्रलेखित थे। पतले नीलमणि सब्सट्रेट के माध्यम से बेहतर रियर साइड लाइट निष्कर्षण के लिए, सरणियों को अत्यधिक UVC {{9} परावर्तक अल शीर्ष सतह के साथ लेपित किया गया था।

12V के फॉरवर्ड बायस और 20A/cm2 के वर्तमान घनत्व के साथ, सरणी ने 16.6mW की ऑप्टिकल आउटपुट पावर का उत्पादन किया। 8ए/सेमी2 पर, ईक्यूई 4.1% पर पहुंच गया।

शोधकर्ताओं के अनुसार, "यूवीसी माइक्रो - एलईडी डिस्प्ले फुल-स्क्रीन लाइटिंग के लिए 1.1W / सेमी 2 तक की पर्याप्त ऑप्टिकल पावर घनत्व प्रदान करके फोटोरेसिस्ट एक्सपोजर खुराक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कार्ल सस एमए - 6 मास्क एलाइनर में उपयोग किए गए 365 एनएम पारा लैंप के 25 एमडब्ल्यू / सेमी 2 अंशांकन को पार करता है।"

फोटोलिथोग्राफी क्षमताओं का मूल्यांकन करने के लिए, 12μm रिक्ति पर 9μm पिक्सेल के साथ एक 320x140 UVC सरणी का उपयोग किया गया था (चित्र 3)। इंडियम बम्प्स का उपयोग चिप गोंद सरणी को CMOS ड्राइवर चिप पर फ़्लिप करने के लिए किया जाता था। प्रोक्सिमिटी पैटर्निंग सेटअप में i{8}}लाइन सेंसिटिव AZ MiR 703 ने परीक्षण के फोटोरेसिस्ट के रूप में काम किया। उदाहरण के लिए, दृश्यमान सूक्ष्म एलईडी डिस्प्ले, फोटोलिथोग्राफी दृष्टिकोण का उपयोग करके बनाए जा सकते हैं।

चित्र 3: यूवीसी माइक्रो {{1}एलईडी डिस्प्ले फोटोलिथोग्राफी फोटोरेसिस्ट {{2}लेपित वेफर्स पर सतह प्रोफ़ाइल (दाएं) और मास्कलेस फोटोलिथोग्राफी चित्र (बाएं) को प्रकट करती है। पाँच सेकंड के लिए, एक्सपोज़र 80mA पर था।

हालाँकि संरचनात्मक रिज़ॉल्यूशन उतना अच्छा नहीं है जितना संपर्क एक्सपोज़र से प्राप्त होता है, शोधकर्ताओं का कहना है कि समान लेंस और फ़ोकसिंग विधियों द्वारा मास्कलेस फोटोलिथोग्राफी को बहुत बढ़ाया जा सकता है। इस तरह की मास्क रहित फोटोलिथोग्राफी विधियां लेजर लेखन मास्क की आवश्यकता को समाप्त करके सेमीकंडक्टर उद्योग के समय और धन की एक बड़ी मात्रा को बचा सकती हैं, खासकर क्योंकि माइक्रो डिस्प्ले सर्किट के पिक्सेल आकार तक संकीर्ण लाइनविड्थ जबरदस्त संभावनाएं दिखाती हैं।

एपिटैक्सियल वेफर की गुणवत्ता में सुधार करके और अधिक सटीक संरेखण प्राप्त करके, शोधकर्ता 320x140 पिक्सेल के वर्तमान प्रतिबंध को पार करना चाहते हैं और प्रत्येक आयाम में 8K पिक्सेल तक के उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले यूवीसी माइक्रो {3}एलईडी डिस्प्ले के लिए दरवाजा खोलना चाहते हैं, जो एचडी और यूएचडी रिज़ॉल्यूशन के लिए आवश्यक है।

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