Une équipe dirigée par le professeur Sun Haiding de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a développé un réseau de diodes électroluminescentes (micro-LED) verticalement intégré qui a ensuite été appliqué dans un système de photolithographie sans masque dans l’ultraviolet profond (DUV). pour la première fois. Leur étude était publié dans Avis sur les lasers et photoniques.
La photolithographie joue un rôle crucial dans la fabrication de puces de circuits intégrés et constitue l’une des technologies clés dans les industries des semi-conducteurs et de la microélectronique. Depuis les années 1990, les systèmes de photolithographie sans masque à haute résolution et peu coûteux sont devenus un point chaud de la recherche avancée en lithographie. Cependant, les brevets pour cette technologie de pointe sont majoritairement détenus par l’Europe, les États-Unis, le Japon et la Corée du Sud, ce qui crée d’importantes barrières technologiques.
Dans ce contexte, l’équipe iGaN du professeur Sun a mené des recherches approfondies sur les micro-LED DUV au fil des années et a proposé de manière innovante un système de photolithographie sans masque utilisant un réseau de micro-LED DUV comme source de lumière.
Ils ont systématiquement conçu et optimisé la structure épitaxiale, les dimensions du dispositif, le profil des parois latérales et la forme géométrique de la micro-LED DUV, améliorant ainsi considérablement son efficacité énergétique, sa bande passante de modulation et sa multifonctionnalité en matière de détection, d’imagerie et de détection de la lumière UV. Sur cette base, l’équipe a développé avec succès un système de réseau basé sur ces micro-LED DUV.
Dans ce travail, l’équipe a en outre proposé et fabriqué une puce intégrée d’affichage DUV, tirant parti des avantages de la taille ultra-petite et de la luminosité ultra-élevée de la micro-LED DUV. Ils ont proposé une architecture de dispositif tridimensionnelle intégrée verticalement avec un réseau de micro-LED DUV à base d’AlGaN et un photodétecteur (PD) à base d’oxyde de zinc (ZnO) côte à côte via un substrat en saphir transparent.
Dans cette architecture, les photons UV émis par le réseau de micro-LED DUV peuvent pénétrer dans le substrat en saphir transparent et être capturés par le PD situé à l’arrière du substrat, permettant une transmission efficace du signal optique.
En outre, l’équipe a développé un système de luminescence auto-stabilisant avec un contrôle de rétroaction en boucle fermée basé sur le dispositif intégré verticalement. Ce système peut non seulement surveiller les fluctuations de l’intensité lumineuse de sortie du réseau de micro-LED, mais également fournir un retour d’information continu pour garantir une puissance de sortie stable.
Les résultats des tests ont montré que l’appareil doté d’un système auto-stabilisant maintient une intensité lumineuse élevée et une stabilité à long terme, tandis que l’intensité lumineuse de l’appareil sans retour diminue progressivement au fil du temps.
À l’aide du système de rétroaction, l’équipe a démontré un réseau de micro-LED DUV avec une densité de pixels élevée de 564 pixels par pouce (PPI) et a réussi à afficher un motif clair sur une plaquette de silicium après la photolithographie DUV sans masque, indiquant un potentiel en haute technologie. technologie de photolithographie de résolution. Il s’agit de la première démonstration de photolithographie sans masque DUV basée sur une matrice active micro-LED DUV.
Cette recherche a développé un nouveau dispositif intégré combinant un réseau de micro-LED DUV et PD, présentant des perspectives d’application significatives pour les futurs systèmes de photolithographie sans masque. Il jette également les bases du développement futur de systèmes d’intégration optoélectroniques 3D hautement intégrés et multifonctionnels.
Dans la phase suivante, l’équipe se concentrera sur la réduction supplémentaire de la taille des micro-LED et PD individuelles, augmentant ainsi la densité et l’intégration des réseaux par unité de surface. Ils optimiseront également les performances des dispositifs individuels et l’uniformité sur les grandes tranches, ouvrant la voie à une plus grande précision dans la technologie de photolithographie sans masque.
Plus d’informations :
Huabin Yu et al, Réseau de micro-LED ultraviolettes profondes à base d’AlGaN à auto-surveillance verticalement intégré avec photodétecteur via un substrat de saphir transparent vers une application de photolithographie sans masque stable et compacte, Avis sur les lasers et photoniques (2024). DOI : 10.1002/lpor.202401220