La création de réseaux de micro-LED dans l'ultraviolet profond-C (UVC) d'une longueur d'onde de 270 nm-pour la photolithographie de proximité sans masque est rapportée par des chercheurs chinois [Feng Feng et al, nature photonics, publié en ligne le 15 octobre 2024].
"Les réseaux de micro-LED UVC sont de plus en plus appréciés en photolithographie et en photochimie en tant qu'outils permettant de générer des motifs d'images arbitraires et de les transférer sur des matériaux-sensibles à la lumière comme les photorésists, éliminant ainsi le besoin de photomasques coûteux", remarque l'équipe de l'Institut de nanotechnologie et de nano-bionique de Suzhou, de l'Université des sciences et technologies du Sud et de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong.
Contrairement aux lampes à vapeur de mercure, les LED UVC ont toujours été développées principalement pour les applications de stérilisation virale en raison de leur haute efficacité, de leur longue durée de vie et de leur absence d'effet sur l'environnement.
Un système de micro-LED UVC à puce inversée-est illustré à la figure 1. b. La forme du réseau de micro-LED UVC de 6 μm x 6 μm vue par microscopie électronique à balayage, avec un réseau autonome de 5 μm x 5 μm- inclus en encart. c. Micrographie d'appareils autonomes par électroluminescence (EL).
Les réseaux de LED UVC ont été créés par les chercheurs à l'aide de plaquettes épitaxiales commerciales en nitrure d'aluminium et de gallium (AlGaN) de 2- pouces (Figure 1). "Cet effet de courbure prononcé constitue un obstacle majeur à la réalisation d'écrans microLED UVC -grand format-, car il provoque des écarts d'alignement importants lors des processus de fabrication tels que la configuration des électrodes, la gravure des trous et le collage par flip-chip", note l'équipe, faisant référence aux difficultés causées par la courbure de plus de 100 μm des plaquettes.
Les effets de déformation provoqués par l’inadéquation notable du réseau et de la dilatation thermique entre le substrat en saphir et les couches d’AlGaN sont liés à cette flexion.
En utilisant de minuscules portions de tranche isolées via un découpage laser, les chercheurs ont pu réduire l'influence de la courbure et atteindre une précision acceptable dans la configuration des réseaux jusqu'à des largeurs de mesa de 3 μm.
Le nickel/or ultra fin, presque transparent dans la région des longueurs d'onde UVC, constituait le contact p- supérieur.
En polarisation inverse, le dispositif résultant a montré des courants de fuite très faibles, inférieurs à la limite de détection de 100 fA de l'équipement de mesure. L'équipe note que cela est dû à la passivation des parois latérales par dépôt de couche atomique (ALD) - et à la diminution des dommages aux parois latérales provoqués par le traitement à l'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH).
Une plus grande densité de courant pour une polarisation donnée s'est avérée avantageuse pour les appareils plus petits, conduisant à une plus grande uniformité de courant dans toute la LED.
"L'amélioration des rapports surface-sur-volume et la réduction de l'effet d'encombrement du courant-contribuent à améliorer la dissipation thermique dans les appareils plus petits, réduisant ainsi la dégradation thermique sous injection de courant élevé", remarque l'équipe.
À mesure que la polarisation directe est passée de 3,95 V à 4,2 V, le facteur d'idéalité des appareils a diminué de 3,9 à 2,8. La recombinaison non -radiative résultant de la qualité sous-optimale des plaquettes épitaxiales a été attribuée à la haute idéalité.
Selon les chercheurs, les parois latérales constituaient une source presque insignifiante de centres de recombinaison non-radiative en raison du TMAH et des traitements de passivation qu'elles utilisaient. Il y avait néanmoins des indications selon lesquelles « les traitements de passivation et TMAH pourraient ne pas être entièrement efficaces pour supprimer les recombinaisons non radiatives provenant de défauts causés par des dommages aux parois latérales » dans les appareils plus petits, jusqu'à 3 μm.
À mesure que la taille du dispositif passe de 100 μm à 3 μm, le rendement quantique externe maximal (Figure 2) pousse vers des densités de courant plus élevées, passant de 15 A/cm2 à 70 A/cm2. Les EQE étaient d'un ordre de grandeur inférieur à ce qui pouvait être obtenu avec des LED passivées vertes ou bleues.
La figure 2 montre le pic EQE et le rapport de statisme EQE pour chaque taille d'appareil (points), ainsi que les lignes de tendance par rapport à la valeur maximale.
"Le statisme EQE diminue de 67,5 % à 17,9 % à mesure que la taille de l'appareil diminue", constate l'équipe, démontrant que les appareils plus petits offrent une stabilité améliorée de l'émission de lumière à des densités de courant plus élevées en raison de leur dissipation thermique supérieure.
Les chercheurs attribuent à une plus grande uniformité de propagation du courant-et à une meilleure efficacité d'extraction de la lumière (LEE) l'augmentation de l'EQE pour les diamètres inférieurs à 30 μm. "Les appareils plus petits émettent de la lumière plus près des parois latérales, ce qui entraîne une réfraction plus importante des parois latérales et, par conséquent, un LEE plus élevé", expliquent les chercheurs.
La largeur totale à mi-hauteur (FWHM) des appareils était inférieure à 21 nm et leur longueur d'onde maximale était d'environ 270 nm. À faibles courants, la longueur d'onde maximale du dispositif de 3 μm s'est décalée vers le bleu de 2 nm, tandis qu'à des courants plus élevés (au-delà de 70 A/cm2), elle s'est décalée vers le rouge de 1 nm.
Selon les scientifiques, ce changement est le résultat d'effets de remplissage de bande-et de réduction de la bande interdite induite par l'auto-échauffement-, en concurrence les uns avec les autres. La voie améliorée de transfert de chaleur, qui entraîne une augmentation plus lente de la température de jonction, est responsable du décalage spectral global pour toutes les densités de courant, qui n'est que d'environ 2 nm.
Avec une densité de 43,6 W/cm2, la puissance de sortie lumineuse (LOP) des LED de 100 μm était de 4,5 mW à 35 mA. La densité LOP maximale pour les LED de 3 μm était de 396 W/cm2. "Cela peut également être dû à l'effet de guidage d'ondes dans les multicouches d'AlGaN-, où les appareils plus grands subissent une perte de puissance accrue en raison d'un chemin optique plus long entre les multiples puits quantiques émissifs et l'air." L'équipe note que des appareils plus petits, avec une meilleure uniformité de répartition du courant et une meilleure stabilité thermique, peuvent supporter des densités de courant plus élevées, obtenant ainsi de plus grandes densités de puissance optique.
Les températures de jonction extrêmes provoquées par le fonctionnement au point de puissance maximale augmentent le vieillissement et provoquent une détérioration thermique.
La densité LOP de l'appareil de 3 μm était de 25,9 W/cm2 à 100 A/cm2. Cela présente « un excellent potentiel en tant que source de lumière pour la photolithographie », selon les chercheurs.
Sur la base d'appareils de 6 μm à un pas de 10 μm, les chercheurs ont pu étendre la taille des réseaux de LED UVC de 16 x 16 pixels précédemment documentés dans la littérature scientifique à 160 x 90 pixels (2 540/pouce). Pour améliorer l'extraction de la lumière arrière-à travers le substrat en saphir plus fin, les réseaux ont été recouverts d'une surface supérieure en aluminium hautement réfléchissante aux UVC-.
Avec une polarisation directe de 12 V et une densité de courant de 20 A/cm2, le réseau a produit une puissance de sortie optique de 16,6 mW. À 8A/cm2, l'EQE culmine à 4,1 %.
Selon les chercheurs, "L'écran micro-LED UVC-dépasse l'étalonnage de 25 mW/cm2 de la lampe au mercure de 365 nm utilisée dans l'aligneur de masque Karl Suss MA-6 pour répondre aux exigences de dose d'exposition à la résine photosensible en offrant une densité de puissance optique adéquate allant jusqu'à 1,1 W/cm2 pour un éclairage plein écran."
Pour évaluer les capacités de photolithographie, un réseau UVC 320 x 140 avec des pixels de 9 μm espacés de 12 μm a été utilisé (Figure 3). Des bosses d'indium ont été utilisées pour retourner la puce et coller la matrice sur une puce de pilote CMOS. L'AZ MiR 703 sensible à la ligne i- dans une configuration de motif de proximité a servi de photorésiste pour le test. Des écrans micro-LED visibles, par exemple, peuvent être réalisés en utilisant l'approche photolithographique.
Figure 3 : La photolithographie sur écran micro-LED UVC révèle le profil de surface (à droite) et les images de photolithographie sans masque (à gauche) sur des tranches recouvertes de résine photosensible-. Pendant cinq secondes, l'exposition était à 80 mA.
Bien que la résolution structurelle ne soit pas aussi bonne que celle obtenue avec une exposition par contact, les chercheurs remarquent que la photolithographie sans masque pourrait être considérablement améliorée par des lentilles et des méthodes de mise au point similaires. De telles méthodes de photolithographie sans masque pourraient permettre à l'industrie des semi-conducteurs d'économiser beaucoup de temps et d'argent en supprimant l'exigence de masques d'écriture laser-, en particulier parce que les largeurs de ligne plus étroites jusqu'à la taille des pixels des micro-circuits d'affichage sont extrêmement prometteuses.
En améliorant la qualité de la plaquette épitaxiale et en obtenant un alignement plus précis, les chercheurs souhaitent dépasser la restriction actuelle de 320 x 140 pixels et ouvrir la porte à des écrans -micro-LED UVC à résolution -avec jusqu'à 8 000 pixels dans chaque dimension, ce qui est requis pour les résolutions HD et UHD.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-ampoule/led-solaire-rue-éclairage-extérieur.html
