In einem Durchbruch, der die Halbleiterindustrie revolutionieren soll, hat die School of Engineering der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) die weltweit erste mikroLED-Anzeigeanordnung ihrer Art im tiefen Ultraviolett (UVC) für Lithografiemaschinen entwickelt. Diese UVC-MicroLED mit erhöhter Effizienz hat die Machbarkeit einer maskenlosen Photolithographie mit geringeren Kosten durch die Bereitstellung einer angemessenen Lichtausgangsleistungsdichte unter Beweis gestellt, wodurch die Belichtung von Photoresistfilmen in kürzerer Zeit ermöglicht wird.
Die Studie wurde unter der Leitung von Prof. Kwok Hoi-Sing, Gründungsdirektor des State Key Laboratory of Advanced Displays and Optoelectronics Technologies an der HKUST, durchgeführt und war eine Gemeinschaftsarbeit mit der Southern University of Science and Technology und dem Suzhou Institute of Nanotechnology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Eine Lithografiemaschine ist eine entscheidende Ausrüstung für die Halbleiterfertigung und nutzt kurzwelliges ultraviolettes Licht, um integrierte Schaltkreischips mit verschiedenen Layouts herzustellen. Herkömmliche Quecksilberlampen und LED-Lichtquellen im tiefen Ultraviolett weisen jedoch Nachteile auf, wie z. B. große Gerätegröße, geringe Auflösung, hoher Energieverbrauch, geringe Lichteffizienz und unzureichende optische Leistungsdichte.
Um diese Herausforderungen zu meistern, baute das Forschungsteam eine maskenlose Lithographie-Prototypplattform und nutzte diese zur Herstellung des ersten microLED-Geräts, indem es tiefe UV-microLED mit maskenloser Belichtung verwendete und so die optische Extraktionseffizienz, die Wärmeverteilungsleistung und den epitaktischen Spannungsabbau während des Produktionsprozesses verbesserte.
Prof. Kwok betonte: „Das Team erzielte wichtige Durchbrüche für das erste microLED-Gerät, darunter hohe Leistung, hohe Lichteffizienz, hochauflösende Musteranzeige, verbesserte Bildschirmleistung und schnelle Belichtungsfähigkeit. Dieser tief-UV-microLED-Displaychip integriert die ultraviolette Lichtquelle.“ mit dem Muster auf der Maske liefert es in kurzer Zeit eine ausreichende Bestrahlungsdosis für die Fotolackbelichtung und eröffnet so einen neuen Weg für die Halbleiterfertigung.
Bewegte Bilder von Geometrien. Kredit: Naturphotonik (2024). DOI: 10.1038/s41566-024-01551-7
„In den letzten Jahren hat sich die kostengünstige und hochpräzise maskenlose Lithografietechnologie herkömmlicher Lithografiemaschinen zu einem Hotspot für Forschung und Entwicklung entwickelt, da sie das Belichtungsmuster anpassen, vielfältigere Anpassungsoptionen bieten und Kosten für die Vorbereitung von Lithografiemasken einsparen kann.“ Die fotolackempfindliche Kurzwellen-MicroLED-Technologie ist daher von entscheidender Bedeutung für die unabhängige Entwicklung von Halbleitergeräten“, erklärte Prof. Kwok.
„Im Vergleich zu anderen repräsentativen Arbeiten zeichnet sich unsere Innovation durch eine kleinere Gerätegröße, eine niedrigere Ansteuerspannung, eine höhere externe Quanteneffizienz, eine höhere optische Leistungsdichte, eine größere Array-Größe und eine höhere Displayauflösung aus. Diese wichtigen Leistungsverbesserungen machen die Studie zu einem weltweit führenden Unternehmen in allen Metriken.“ „, sagte Dr. Feng Feng, Postdoktorand am Department of Electronic and Computer Engineering (ECE) der HKUST, abschließend.
Ihr Artikel mit dem Titel „Hochleistungs-AlGaN-Mikro-Leuchtdioden-Displays im tiefen Ultraviolett für die maskenlose Fotolithographie„, wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Naturphotonik. Seitdem hat es in der Branche große Anerkennung gefunden und wurde vom 10. International Forum on Wide Bandgap Semiconductors (IFWS) als einer der zehn größten Fortschritte in Chinas Halbleitertechnologie der dritten Generation im Jahr 2024 ausgezeichnet.
Für die Zukunft plant das Team, die Leistung von AlGaN-Mikro-LEDs im tiefen Ultraviolett weiter zu verbessern, den Prototyp zu verbessern und hochauflösende 2k- bis 8k-Mikro-LED-Bildschirme im tiefen Ultraviolett zu entwickeln.
Dr. Feng ist der Erstautor, während Prof. Liu Zhaojun, außerordentlicher Professor der ECE-Abteilung der HKUST, der gleichzeitig als außerordentlicher Professor an der Southern University of Science and Technology fungiert, der korrespondierende Autor ist. Zu den Teammitgliedern gehört auch der ECE-Postdoktorand Dr. Liu Yibo, Ph.D. Absolvent Dr. Zhang Ke und Mitarbeiter anderer Institutionen.
Weitere Informationen:
Feng Feng et al., Hochleistungs-AlGaN-Mikroleuchtdiodendisplays im tiefen Ultraviolett für die maskenlose Fotolithographie, Naturphotonik (2024). DOI: 10.1038/s41566-024-01551-7