无掩膜光刻，中国团队发布新方案

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中国科学技术大学Sun Haiding教授团队研发出垂直集成微尺度发光二极管（micro-LED）阵列，并首次应用于深紫外（DUV）无掩模光刻系统。该项研究成果发表在《激光与光子学评论》上。

光刻技术在集成电路芯片制造中发挥着至关重要的作用，是半导体和微电子工业的关键核心技术之一。自20世纪90年代以来，低成本、高分辨率无掩模光刻系统成为先进光刻技术研究的热点。然而，该项前沿技术的专利主要掌握在欧洲、美国、日本和韩国手中，技术壁垒较高。

在此背景下，孙教授带领的iGaN团队多年来对深紫外微LED进行了深入研究，创新性地提出了以深紫外微LED阵列为光源的无掩模光刻系统。

他们系统地设计和优化了深紫外微型 LED 的外延结构、器件尺寸、侧壁轮廓和几何形状，大大提高了其功率效率、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，该团队成功开发了基于这些深紫外微型 LED 的阵列系统。

在本项工作中，该团队进一步提出并制作了一种深紫外显示集成芯片，充分利用了深紫外微LED超小尺寸和超高亮度的优势，提出了一种三维垂直集成器件架构，其中AlGaN基深紫外微LED阵列与氧化锌（ZnO）基光电探测器（PD）通过透明蓝宝石衬底并排。

在这种架构下，从 DUV 微型 LED 阵列发射的紫外光子可以穿透透明蓝宝石基板，并被基板背面的 PD 捕获，从而实现高效的光信号传输。

此外，团队还基于垂直集成器件开发了闭环反馈控制的自稳定发光系统，该系统不仅可以监测Micro-LED阵列输出光强的波动，还可以提供持续的反馈，以保证输出功率的稳定。

测试结果表明，具有自稳定系统的装置能保持较高的光强和长期稳定性，而无反馈系统的装置光强随着时间的推移逐渐下降。

利用该反馈系统，该团队演示了像素密度高达 564 像素/英寸 (PPI) 的 DUV 微型 LED 阵列，并在无掩模 DUV 光刻后成功在硅片上显示出清晰的图案，表明高分辨率光刻技术具有潜力。这是基于 DUV 微型 LED 有源矩阵的 DUV 无掩模光刻的首次演示。

该研究开发了一种新型深紫外微型LED阵列与PD相结合的集成器件，为未来无掩模光刻系统展示了巨大的应用前景，也为未来发展高集成、多功能的三维光电集成系统奠定了基础。

下一阶段，团队将致力于进一步缩小单个Micro-LED和PD的尺寸，从而提高单位面积阵列的密度和集成度，并优化单个器件的性能和大晶圆的均匀性，为无掩模光刻技术的更高精度奠定基础。

https://phys.org/news/2024-10-deep-ultraviolet-micro-array-advances.html

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