Engenheiros desenvolvem os primeiros chips de show microLED com UV profundo para fotolitografia sem máscara

Em um conjunto inovador para revolucionar a indústria de semicondutores, a Escola de Engenharia da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) desenvolveu o primeiro conjunto de show microLED de ultravioleta profundo (UVC) do mundo para máquinas de litografia. Este microLED UVC de eficiência aprimorada demonstrou a viabilidade de uma fotolitografia sem máscara de custo reduzido por meio do fornecimento de densidade de potência de saída de luz adequada, permitindo a exposição de filmes fotorresistentes em um tempo mais curto.

Conduzido sob a supervisão do Prof. Kwok Hoi-Sing, Diretor Fundador do Laboratório Estadual de Shows Avançados e Tecnologias Optoeletrônicas da HKUST, o estudo foi um esforço colaborativo com a Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul e o Instituto de Nanotecnologia de Suzhou de a Academia Chinesa de Ciências.

Uma máquina de litografia é um equipamento essential para a fabricação de semicondutores, aplicando luz ultravioleta de comprimento de onda curto para fabricar chips de circuito integrado com vários layouts. No entanto, as lâmpadas de mercúrio tradicionais e as fontes de luz LED ultravioleta profunda apresentam deficiências, como tamanho grande do dispositivo, baixa resolução, alto consumo de energia, baixa eficiência luminosa e densidade de potência óptica insuficiente.

Para superar esses desafios, a equipe de pesquisa construiu uma plataforma de protótipo de litografia sem máscara e a usou para fabricar o primeiro dispositivo microLED usando microLED UV profundo com exposição sem máscara, melhorando a eficiência de extração óptica, desempenho de distribuição de calor e alívio de tensão epitaxial durante o processo de produção.

O professor Kwok destacou: “A equipe alcançou avanços importantes para o primeiro dispositivo microLED, incluindo alta potênciaalta eficiência de luz, exibição de padrão de alta resolução, melhor desempenho da tela e capacidade de exposição rápida. Este chip de show microLED de UV profundo integra a fonte de luz ultravioleta com o padrão da máscara. Ele fornece dose de irradiação suficiente para exposição fotorresistente em um curto espaço de tempo, criando um novo caminho para a fabricação de semicondutores.”

“Nos últimos anos, a tecnologia de litografia sem máscara de baixo custo e alta precisão das máquinas de litografia tradicionais tornou-se um ponto importante de pesquisa e desenvolvimento devido à sua capacidade de ajustar o padrão de exposição, fornecer opções de personalização mais diversas e economizar no custo de preparação de máscaras de litografia. A tecnologia microLED de comprimento de onda curto sensível ao fotorresiste é, portanto, crítica para o desenvolvimento independente de equipamentos semicondutores “, explicou o Prof. Kwok.

“Em comparação com outros trabalhos representativos, nossa inovação apresenta tamanho de dispositivo menor, tensão de acionamento mais baixa, maior eficiência quântica externa, maior densidade de potência óptica, maior tamanho de matriz e maior resolução de exibição. Essas principais melhorias de desempenho tornam o estudo um líder world em todas as métricas “, concluiu o Dr. Feng Feng, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Engenharia Eletrônica e de Computação (ECE) da HKUST.

Seu artigo, intitulado “Shows de diodo emissor de microluz ultravioleta profundo AlGaN de alta potência para fotolitografia sem máscara“, foi publicado na revista Fotônica da Natureza. Desde então, ganhou amplo reconhecimento na indústria e foi nomeado pelo 10º Fórum Internacional sobre Semicondutores Vast Bandgap (IFWS) como um dos dez principais avanços na tecnologia de semicondutores de terceira geração da China em 2024.

Olhando para o futuro, a equipe planeja continuar melhorando o desempenho dos microLEDs ultravioleta profundo AlGaN, melhorar o protótipo e desenvolver telas microLED ultravioleta profundo de alta resolução de 2k a 8k.

Feng é o primeiro autor, enquanto o Prof. Liu Zhaojun, Professor Associado Adjunto do Departamento ECE da HKUST, que simultaneamente atua como Professor Associado na Southern College of Science and Expertise, é o autor correspondente. Os membros da equipe também incluem o pesquisador de pós-doutorado da ECE, Dr. Liu Yibo, Ph.D. graduado Dr. Zhang Ke e colaboradores de outras instituições.