香港科技(ji)(ji)大學（港科大）工學院成功研發(fa)(fa)一款全球首創的深紫外(wai)Micro LED顯示陣列晶元，此高光效晶元可配合無掩模紫外(wai)光光刻技(ji)(ji)術，提升(sheng)其光輸出功率密度準(zhun)確性，并以較低成本及(ji)更速效的方法(fa)推動(dong)半導體(ti)晶片生產(chan)的技(ji)(ji)術發(fa)(fa)展。
這項(xiang)研究由港(gang)科(ke)(ke)大先進(jin)顯示與(yu)光電子技(ji)術(shu)國(guo)(guo)家(jia)重點(dian)實驗室創始主任(ren)郭海成(cheng)教授(shou)指導，并(bing)與(yu)南方科(ke)(ke)技(ji)大學和中(zhong)國(guo)(guo)科(ke)(ke)學院蘇州(zhou)納米所合作。
是(shi)次研(yan)究(jiu)(jiu)由港(gang)科大先(xian)進(jin)顯示與光電(dian)子技術國家重點(dian)實驗室創始主任(ren)郭海(hai)成(cheng)教授（中(zhong)）指導(dao)，研(yan)究(jiu)(jiu)團隊核心(xin)成(cheng)員馮(feng)鋒博士(shi)（左）為第一作者，團隊亦包括劉弈(yi)镈博士(shi)（右），兩位均(jun)為港(gang)科大電(dian)子及計(ji)算機工程學(xue)系的博士(shi)后研(yan)究(jiu)(jiu)員。
光刻機是(shi)用(yong)以制造(zao)半導(dao)體(ti)的重(zhong)要(yao)設(she)備(bei)，它利(li)用(yong)短波長的紫外(wai)光構成(cheng)不(bu)同(tong)圖(tu)案(an)，從而生產(chan)出(chu)(chu)各(ge)種集成(cheng)電路晶(jing)片。然而，這種運(yun)用(yong)傳統(tong)汞燈(deng)和深紫外(wai)LED光源的制作有不(bu)足(zu)之(zhi)處(chu)，例如器件尺寸大(da)、解析度(du)低(di)、能源消耗高、輸出(chu)(chu)的光效低(di)且功率密(mi)度(du)不(bu)足(zu)，不(bu)利(li)于晶(jing)片制作。
為了(le)解決上(shang)述難題(ti)，研究團隊制造了(le)一個無掩模(mo)光刻原型機平臺，利用它制作了(le)首個由深紫外Micro LED無掩模(mo)曝光的Micro LED顯示陣列晶元。過程中提高了(le)紫外光萃取效(xiao)率、增強其(qi)熱分布效(xiao)能，并改(gai)善了(le)晶體外延的應力釋放。
上(shang)圖的(de)(de)電致發光圖像顯(xian)(xian)示出(chu)其光輸(shu)出(chu)質量(liang)高，測試在(zai)日常運作電流密度的(de)(de)范(fan)圍內，晶元(yuan)都能提供穩定的(de)(de)光輸(shu)出(chu)，即使是細小至三微米(mi)的(de)(de)器件中亦然(ran)。下圖顯(xian)(xian)示深紫(zi)外microLED顯(xian)(xian)示陣列晶元(yuan)能提供穩定的(de)(de)光輸(shu)出(chu)功率(lv)，成功顯(xian)(xian)出(chu)影像供圖案(an)轉移使用(yong)。
郭教授特(te)別(bie)提到：「團隊(dui)制(zhi)作的Micro LED顯(xian)示(shi)陣列晶元成功實現了(le)多項關鍵性(xing)技術突破，包(bao)括提高了(le)光(guang)源(yuan)的功率及(ji)效能(neng)(neng)、圖案(an)顯(xian)示(shi)解析度、提升熒幕(mu)性(xing)能(neng)(neng)及(ji)快速曝光(guang)能(neng)(neng)力。此Micro LED顯(xian)示(shi)晶元有效地(di)(di)將紫(zi)外光(guang)源(yuan)和掩模版上的圖案(an)融為一體(ti)，迅速地(di)(di)提供足(zu)夠的輻(fu)照劑(ji)量為光(guang)阻劑(ji)進行光(guang)學曝光(guang)，推(tui)進半導體(ti)生產技術發(fa)展。」
郭教授(shou)進一步(bu)指(zhi)出：「近年來，低成(cheng)本、高精度(du)的無(wu)掩模光刻(ke)技術(shu)已(yi)成(cheng)為半導(dao)體行業的新興研發(fa)熱點。由于(yu)這種技術(shu)能夠(gou)更靈活調整曝(pu)光圖案，從而提供更多樣化的定制(zhi)選項(xiang)，并(bing)節省制(zhi)造光刻(ke)掩模版的成(cheng)本。因此，對于(yu)自主開發(fa)半導(dao)體設備而言，有(you)助提高光阻劑(ji)敏(min)感(gan)度(du)的短波長Micro LED技術(shu)顯得尤為關鍵。」
港科大電(dian)子及(ji)計(ji)算機工程學系博(bo)士后研(yan)究員馮鋒(feng)博(bo)士總結道：「與其他具代表性(xing)的(de)研(yan)究相比，我們實現了更(geng)小的(de)器件尺寸、更(geng)低的(de)驅動電(dian)壓(ya)、更(geng)高的(de)外量子效(xiao)率、更(geng)高的(de)光功率密度(du)、更(geng)大規模(mo)的(de)陣列尺寸，以(yi)及(ji)更(geng)高的(de)顯示(shi)解析度(du)。這些(xie)都是關鍵(jian)的(de)性(xing)能提升，各項指標均顯示(shi)，本研(yan)究的(de)成果領先全球。」
論文(wen)題為「High-Power AlGaN Deep-Ultraviolet Micro-Light-Emitting Diode Displays for Maskless Photolithography」，全文(wen)刊登于頂(ding)尖(jian)期刊《自然(ran)光子》。自發表(biao)以來，本研究在業界內獲得廣泛認可，并于「第十屆國際(ji)第三代(dai)半導體論壇」被評為2024年度(du)中(zhong)國第三代(dai)半導體技術十大進(jin)展之一。
展望下一階段的研究，團隊(dui)計劃繼續提升AlGaN深紫(zi)外Micro LED的各(ge)項性能，并改(gai)進原型機，開發2k至8k高(gao)解(jie)析度(du)的深紫(zi)外Micro LED顯示熒幕(mu)。
本研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)第一作(zuo)(zuo)者為馮(feng)鋒(feng)博(bo)士(shi)，通訊作(zuo)(zuo)者則為港(gang)科(ke)大(da)電(dian)子及(ji)計算(suan)機工程(cheng)學系(xi)(xi)的(de)客席(xi)副教(jiao)授(shou)兼南方科(ke)技大(da)學副教(jiao)授(shou)劉召軍。團隊成員(yuan)(yuan)還包(bao)括(kuo)港(gang)科(ke)大(da)電(dian)子及(ji)計算(suan)機工程(cheng)學系(xi)(xi)的(de)博(bo)士(shi)后研(yan)究(jiu)(jiu)員(yuan)(yuan)劉弈镈博(bo)士(shi)、博(bo)士(shi)畢業生張珂博(bo)士(shi)，以及(ji)來自各合作(zuo)(zuo)機構的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)員(yuan)(yuan)。
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