新型深紫外微led阵列推进无掩膜光刻技术
发布时间：2024-10-29 11:14:31 阅读数： 76
垂直集成器件构成的自稳定发光系统示意图
由中国科学技术大学孙海鼎教授带领的团队研发出一种垂直集成的微尺度发光二极管（micro - LED）阵列，并首次应用于深紫外（DUV）无掩模光刻系统。相关研究成果发表在《激光与光子学评论》上。光刻技术在集成电路芯片制造过程中至关重要，是半导体和微电子工业的关键核心技术之一。自 20 世纪 90 年代起，低成本、高分辨率的无掩模光刻系统成为先进光刻技术研究的热点。然而，此项尖端技术的专利大多被欧洲、美国、日本和韩国所持有，形成了重大的技术壁垒。
在此背景下，孙教授的 iGaN 团队多年来针对 DUV 微型 led 展开了广泛研究，并创新性地提出一种以 DUV 微型 led 阵列作为光源的无掩模光刻系统。他们对 DUV 微型 led 的外延结构、器件尺寸、侧壁轮廓以及几何形状进行了系统设计与优化，大幅提升了其功率效率、调制带宽以及在紫外光检测、成像和传感方面的多功能性。在此基础上，该团队成功研制出基于这些 DUV 微型 led 的阵列系统。在这项工作中，团队进一步提出并制作了 DUV 显示集成芯片，充分利用 DUV 微型 led 超小型和超高亮度的优势。他们提出一种三维垂直集成器件架构，借助透明蓝宝石衬底，将基于 algan 的 DUV 微 led 阵列和基于氧化锌的光电探测器（PD）并列放置。在该架构中，DUV 微型 led 阵列发射的紫外光子能够穿透透明蓝宝石衬底，并被衬底背面的 PD 捕获，进而实现高效的光信号传输。
此外，该团队还开发出一种基于垂直集成设备的自稳定发光系统，该系统具备闭环反馈控制。它不仅能够监测微 led 阵列输出光强的波动，还可提供连续反馈，确保输出功率的稳定。
测试结果显示，带有自稳定系统的器件能保持较高的光强以及长期稳定性，而没有反馈的器件其光强会随时间推移逐渐降低。利用反馈系统，该团队展示了具有 564 像素 / 英寸（PPI）高像素密度的 DUV 微型 led 阵列，并在无掩膜 DUV 光刻后，成功在硅片上呈现出清晰的图案，这彰显了高分辨率光刻技术的潜力。这是基于 DUV 微 led 有源矩阵的 DUV 无掩膜光刻技术的首次展示。
本研究开发了一种将 DUV 微 led 阵列与 PD 相结合的新型集成器件，在未来的无掩模光刻系统中具有重要应用前景，为未来高集成度、多功能三维光电集成系统的发展奠定了基础。
在下一阶段，该团队将着重于进一步缩小单个微型 led 和 PD 的尺寸，以此提高单位面积阵列的密度和集成度。同时，他们还会优化单个器件的性能以及大晶圆的均匀性，为更高精度的无掩膜光刻技术创造条件。
