Maskesiz yakınlık fotolitografisi için mikro-LED'lerin 270 nm-dalga boyu derinliğinde ultraviyole-C (UVC) dizilerinin oluşturulduğu, Çinli araştırmacılar tarafından rapor edilmiştir [Feng Feng ve diğerleri, doğa fotoniği, 15 Ekim 2024'te çevrimiçi olarak yayınlanmıştır].
Suzhou Nanoteknoloji ve Nano-Biyonik Enstitüsü, Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ve Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden ekip, "UVC mikro-LED dizileri, rastgele görüntü desenleri oluşturma ve bunları pahalı fotoğraf maskelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, fotorezistler gibi ışığa duyarlı- malzemelere aktarma araçları olarak fotolitografi ve fotokimyada giderek daha fazla değer kazanıyor."
Cıva buharlı lambaların aksine UVC LED'ler, yüksek verimlilikleri, uzun ömürleri ve çevresel etkileri olmaması nedeniyle tarihsel olarak öncelikle viral sterilizasyon uygulamaları için geliştirilmiştir.
Bir flip-çip UVC mikro-LED sistemi Şekil 1'de gösterilmektedir. b. 6μmx6μm UVC mikro-LED dizisinin, taramalı elektron mikroskobu ile görülen şekli; 5μmx5μm bağımsız-tek başına bir dizi ek olarak eklenmiştir. C. Elektrolüminesans (EL) kullanan bağımsız cihazların mikrografisi.
UVC LED dizileri, araştırmacılar tarafından ticari 2-inç alüminyum galyum nitrür (AlGaN) epitaksiyel levhalar kullanılarak oluşturuldu (Şekil 1). Ekip, levhaların 100μm'den fazla eğilmesinin neden olduğu zorluklara atıfta bulunarak, "Bu belirgin eğilme etkisi, büyük-formatlı UVC mikro-LED ekranların elde edilmesinde büyük bir engel teşkil ediyor, çünkü elektrot desenleme, delik aşındırma ve flip-chip bağlama gibi imalat süreçleri sırasında önemli hizalama boşluklarına neden oluyor" diye belirtiyor.
Safir substrat ile AlGaN katmanları arasındaki dikkate değer kafes ve termal genleşme uyumsuzluğunun getirdiği gerilim etkileri bu bükülmeyle bağlantılıdır.
Araştırmacılar, lazerle kesme yoluyla tekilleştirilen küçük plaka parçalarını kullanarak, bükülmenin etkisini azaltabildiler ve 3μm mesa genişliğine kadar dizi modellemede kabul edilebilir bir hassasiyet elde edebildiler.
UVC dalga boyu bölgesinde neredeyse şeffaf olan ultra ince nikel/altın, üstteki p-temasını oluşturuyordu.
Ters öngerilim altında, elde edilen cihaz, ölçüm ekipmanının 100fA tespit sınırının altında, çok düşük kaçak akımlar gösterdi. Ekip bunun nedeninin atomik katman birikimi (ALD)-yan duvar pasivasyonundan ve tetrametilamonyum hidroksit (TMAH) işleminin getirdiği yan duvar hasarının azalmasından kaynaklandığını belirtiyor.
Belirli bir öngerilim için daha yüksek akım yoğunluğunun, daha küçük cihazlar için avantajlı olduğu ve LED boyunca daha fazla akım tekdüzeliğine yol açtığı gösterilmiştir.
Ekip, "Geliştirilmiş yüzey-/hacim oranları ve azaltılmış akım-yoğunlaşması etkisi, daha küçük cihazlarda ısı dağılımının iyileştirilmesine yardımcı olarak yüksek akım enjeksiyonu altında termal bozulmayı azaltır" diyor.
İleriye dönük eğilim 3,95V'tan 4,2V'a yükselirken cihazların idealite faktörü 3,9'dan 2,8'e düştü. Epitaksiyel levhaların optimumun altındaki kalitesinden kaynaklanan ışınımlı olmayan rekombinasyon, yüksek ideallik ile değerlendirildi.
Araştırmacılara göre yan duvarlar, kullandıkları TMAH ve pasivasyon tedavileri nedeniyle-radyatif olmayan rekombinasyon merkezleri için neredeyse önemsiz bir kaynaktı. Bununla birlikte, 3μm'ye kadar daha küçük cihazlarda "pasivasyon ve TMAH tedavilerinin, yan duvar hasarının neden olduğu kusurlardan kaynaklanan, -radyatif olmayan rekombinasyonları baskılamada tamamen etkili olmayabileceğine" dair bazı belirtiler vardı.
Cihaz boyutu 100μm'den 3μm'ye küçüldükçe, en yüksek harici kuantum verimliliği (Şekil 2), 15A/cm2'den 70A/cm2'ye çıkarak daha yüksek akım yoğunluklarına doğru ilerlemektedir. EQE'ler, yeşil veya mavi pasifleştirilmiş LED'lerle elde edilebilecek olanlardan çok daha düşüktü.
Şekil 2, her cihaz boyutu (noktalar) için tepe EQE ve EQE düşüş oranını tepe değerine göre eğilim çizgileriyle birlikte gösterir.
Ekip, "Cihaz boyutu küçüldükçe EQE düşüşünün %67,5'ten %17,9'a düştüğünü" tespit ederek, daha küçük cihazların, üstün ısı dağılımı nedeniyle daha yüksek akım yoğunluklarında ışık emisyonunun daha iyi stabilitesini sağladığını ortaya koyuyor.
Daha yüksek akım-yayma tekdüzeliği ve geliştirilmiş ışık çıkarma verimliliği (LEE), araştırmacılar tarafından 30 μm'den küçük çaplar için EQE'deki artışın sorumlusu olarak değerlendirilmektedir. Araştırmacılar, "Daha küçük cihazlar, yan duvarlara daha yakın ışık yayar, bu da daha fazla yan duvar kırılmasına ve dolayısıyla daha yüksek LEE'ye neden olur" diyor.
Cihazların yarı maksimumdaki tam-genişliği (FWHM) 21 nm'den azdı ve tepe dalga boyları 270 nm civarındaydı. Düşük akımlarda, 3μm cihazın tepe dalga boyu 2 nm kadar maviye kayarken, daha yüksek akımlarda (70A/cm2'nin üzerinde) 1 nm kadar kırmızıya kaymıştır.
Bilim adamlarına göre bu değişiklik, bant-doldurma etkilerinin ve kendi kendine-ısınmanın-tetiklediği bant aralığı daralmasının birbirleriyle rekabet etmesinin sonucudur. Bağlantı sıcaklığında daha yavaş bir artışa neden olan iyileştirilmiş ısı transfer yolu, tüm akım yoğunlukları boyunca yalnızca 2 nm civarında olan genel spektral kaymadan sorumludur.
43,6W/cm2 yoğunluğa sahip 100μm LED'lerin ışık çıkış gücü (LOP), 35mA'da 4,5mW idi. 3μm LED'ler için maksimum LOP yoğunluğu 396W/cm2 idi. "Bu aynı zamanda AlGaN çoklu-katmanlarındaki dalga kılavuzu etkisinden de kaynaklanıyor olabilir; burada daha büyük cihazlar, yayıcı çoklu kuantum kuyularından havaya kadar daha uzun bir optik yol nedeniyle artan güç kaybı yaşar." Ekip, daha iyi akım yayma eşitliği ve termal stabiliteye sahip daha küçük cihazların daha yüksek akım yoğunluklarını sürdürebileceğini ve böylece daha yüksek optik güç yoğunluklarına ulaşabileceğini belirtiyor.
Maksimum güç noktasında çalışmanın neden olduğu aşırı bağlantı sıcaklıkları, yaşlanmayı artırır ve termal bozulmaya neden olur.
3μm cihazın LOP yoğunluğu 100A/cm2'de 25,9W/cm2 idi. Araştırmacılara göre bu, "fotolitografi ışık kaynağı olarak mükemmel bir potansiyele" sahip.
10μm aralıktaki 6μm cihazları temel alan araştırmacılar, UVC LED dizilerinin boyutunu daha önce bilimsel literatürde belgelenen 16x16 pikselden 160x90 piksele (2540/inç) kadar genişletmeyi başardılar. Daha ince safir alt katmandan arka-yan ışığın daha iyi çıkarılabilmesi için diziler yüksek düzeyde UVC-yansıtıcı Al üst yüzeyle kaplandı.
12V ileri eğilim ve 20A/cm2 akım yoğunluğuyla dizi, 16,6mW optik çıkış gücü üretti. 8A/cm2'de EQE %4,1'e yükseldi.
Araştırmacılara göre, "UVC mikro-LED ekran, tam ekran aydınlatma için 1,1 W/cm2'ye kadar yeterli bir optik güç yoğunluğu sunarak, fotorezist maruz kalma dozu gereksinimlerini karşılamak için Karl Suss MA-6 maske hizalayıcısında kullanılan 365 nm cıva lambasının 25 mW/cm2 kalibrasyonunu aşıyor."
Fotolitografi yeteneklerini değerlendirmek için 12μm aralıklarla 9μm pikselli 320x140 UVC dizisi kullanıldı (Şekil 3). Diziyi CMOS sürücü çipine çevirmek-için indiyum tümsekler kullanıldı. Yakınlık desenleme kurulumundaki i-hat duyarlı AZ MiR 703, testin fotorezisti olarak görev yaptı. Örneğin görünür mikro-LED ekranlar, fotolitografi yaklaşımı kullanılarak yapılabilir.
Şekil 3: UVC mikro-LED ekran fotolitografisi, fotorezist-kaplı levhalar üzerindeki yüzey profilini (sağda) ve maskesiz fotolitografi resimlerini (solda) ortaya koyuyor. Beş saniye boyunca maruz kalma 80 mA'daydı.
Yapısal çözünürlük, temasla pozlamayla elde edilen kadar iyi olmasa da araştırmacılar, maskesiz fotolitografinin benzer mercek ve odaklama yöntemleriyle çok daha geliştirilebileceğini belirtiyor. Bu tür maskesiz fotolitografi yöntemleri, lazer-yazma maskelerine olan gereksinimi ortadan kaldırarak, yarı iletken endüstrisine önemli miktarda zaman ve para tasarrufu sağlayabilir, çünkü özellikle mikro-ekran devrelerinin piksel boyutuna kadar olan daha dar çizgi genişlikleri büyük umut vaat ediyor.
Araştırmacılar, epitaksiyel levhanın kalitesini iyileştirerek ve daha hassas hizalama elde ederek, mevcut 320x140 piksel sınırlamasını aşmak ve HD ve UHD çözünürlükler için gerekli olan, her boyutta 8K piksele kadar çok daha yüksek-çözünürlüklü UVC mikro-LED ekranlara kapıyı açmak istiyor.
https://www.benweilight.com/lighting-tüp-ampul/led-güneş enerjisi-sokak-ışık-dış mekan.html
