香港科技大学的科学家们开发了一种用于光刻机的新型深紫外（UVC）微型LED显示阵列，这标志着半导体技术的重大进步。该研究成果发表在《自然▪光子学》上。
研究团队开发的UVC 微型LED提供了足够的光输出功率密度，通过减少曝光光刻胶膜所需的时间，实现了更高效、更具成本效益的无掩膜光刻。
这项研究是与南方科技大学和中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所合作进行的，由香港科技大学先进显示与光电技术国家重点实验室创始人兼主任KWOK Hoi-Sing教授领导。
制造的MicroLED模型外观
光刻机对半导体制造至关重要，因为它们使用短波长紫外光生产具有复杂布局的集成电路芯片。然而，传统的汞灯和深紫外LED光源面临诸如器件尺寸大、分辨率低、能耗高、光效率差和光功率密度不足等挑战。
为了解决这些限制，研究团队开发了一个无掩膜光刻平台原型，并利用它制造了第一个使用深紫外微LED进行无掩膜曝光的微LED器件。这一创新提高了光学提取效率、热分布和生产过程中的外延应力缓解。
并联的 UVC micro-LED 阵列
香港科技大学Hoi-Sing Kwok教授说：“团队在第一个微LED器件上取得了关键突破，包括高功率、高光效率、高分辨率图案显示、改进的屏幕性能和快速曝光能力。这种深紫外微LED显示芯片将紫外光源与掩膜上的图案集成在一起。它在短时间内为光刻胶曝光提供了足够的辐照剂量，为半导体制造开辟了新途径。”
香港科技大学Hoi-Sing Kwok教授解释说：“近年来，传统光刻机的低成本和高精度无掩膜光刻技术因其能够调整曝光图案、提供更多样化的定制选项以及节省制备光刻掩膜的成本而成为研发热点。因此，对半导体设备独立发展至关重要的光敏短波长微LED技术。”
香港科技大学电子与计算机工程系（ECE）博士后研究员FENG Feng博士总结道：“与其他代表性工作相比，我们的创新具有器件尺寸更小、驱动电压更低、外部量子效率更高、光功率密度更高、阵列尺寸更大和显示分辨率更高的特点。这些关键性能的提升使该研究在所有指标上成为全球领先。”
该研究在业内获得了重要认可，第十届宽带隙半导体国际论坛（IFWS）将其评为2024年中国第三代半导体技术的十大进展之一。
展望未来，该团队旨在提高AlGaN深紫外微LED的性能，优化原型，并开发2k至8k高分辨率深紫外微LED显示器。
研究团队包括ECE博士后研究员Yibo Liu博士、Ke Zhang博士以及合作机构的合作者。FENG Feng博士是第一作者；通讯作者是香港科技大学电子与计算机工程系兼职副教授、南方科技大学Zhaojun Liu副教授。
相关链接：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01551-7