工程师开发出第一款用于无掩模光刻的深紫外microLED显示芯片

香港科技大学（HKUST）工程学院开发了世界上第一个用于光刻机的深紫外（UVC）微型LED显示阵列，这是一项旨在彻底改变半导体行业的突破。这种提高效率的UVC microLED通过提供足够的光输出功率密度，展示了低成本无掩模光刻的可行性，使光致抗蚀剂薄膜能够在更短的时间内曝光

这项研究是在香港科技大学先进显示与光电子技术国家重点实验室创始主任郭海星教授的监督下，与南方科技大学和中国科学院苏州纳米技术研究所合作进行的

光刻机是半导体制造的关键设备，利用短波紫外光制造各种布局的集成电路芯片。然而，传统的汞灯和深紫外LED光源存在器件尺寸大、分辨率低、能耗高、光效率低、光功率密度不足等缺点

为了克服这些挑战，研究团队构建了一个无掩模光刻原型平台，并使用它通过使用无掩模曝光的深紫外微LED来制造第一个微LED器件，提高了光学提取效率、热分布性能和生产过程中的外延应力释放

郭教授强调：“该团队在第一个microLED器件方面取得了关键突破，包括高功率、高光效、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microLED显示芯片将紫外光源与掩模上的图案集成在一起。它为光致抗蚀剂在短时间内曝光提供了足够的辐照剂量，为半导体制造开辟了新的道路。”。来源：自然光子学（2024）。DOI:10.1038/41566-024-01551-7

“近年来，传统光刻机的低成本、高精度无掩模光刻技术已成为研发热点，因为它能够调整曝光图案，提供更多样化的定制选项，并节省制备光刻掩模的成本。因此，光致抗蚀剂敏感的短波长microLED技术对半导体设备的自主开发至关重要，”郭教授解释道

香港科技大学电子与计算机工程系（ECE）博士后研究员冯峰博士总结道：“与其他代表性作品相比，我们的创新具有更小的器件尺寸、更低的驱动电压、更高的外部量子效率、更高光功率密度、更大的阵列尺寸和更高的显示分辨率。这些关键的性能增强使该研究成为所有指标的全球领导者。”

他们的论文题为“用于无掩模光刻的高功率AlGaN深紫外微发光二极管显示器”，已发表在《自然光子学》杂志上。此后，它在业界获得了广泛认可，并被第十届国际宽带隙半导体论坛（IFWS）评为2024年中国第三代半导体技术十大进步之一。

展望未来，该团队计划继续提高AlGaN深紫外微LED的性能，改进原型，并开发2k至8k高分辨率深紫外微型LED显示屏

冯博士为第一作者，香港科技大学幼儿教育系兼职副教授、南方科技大学副教授刘昭君教授为通讯作者。团队成员还包括欧洲经委会博士后研究员刘一博博士、博士研究生张珂博士以及其他机构的合作者 More information: Feng Feng et al, High-power AlGaN deep-ultraviolet micro-light-emitting diode displays for maskless photolithography, Nature Photonics (2024). DOI: 10.1038/s41566-024-01551-7

Journal information: Nature Photonics