Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) desarrolló una matriz de diodos emisores de luz (microLED) de microescala integrados verticalmente. Posteriormente, esta matriz se aplicó por primera vez en un sistema de fotolitografía sin máscara de ultravioleta profundo (DUV).
La fotolitografía juega un papel crucial en la fabricación de circuitos integrados de chips y es una de las tecnologías clave en las industrias de semiconductores y microelectrónica. En base a esto, los científicos han realizado una amplia investigación sobre microLED DUV y propusieron un sistema de fotolitografía sin máscara que utiliza una matriz de microLED DUV como fuente de luz.
Para ello, diseñaron y optimizaron sistemáticamente la estructura epitaxial, las dimensiones del dispositivo, el perfil de la pared lateral y la forma geométrica del microLED DUV. De esta forma, se mejoró significativamente su eficiencia energética, el ancho de banda de modulación y la multifuncionalidad en la detección, obtención de imágenes y detección de luz ultravioleta. Sobre esta base, el equipo desarrolló con éxito un sistema de matriz basado en estos microLED DUV.
Fabricación de un chip integrado de pantalla DUV
En este trabajo, el equipo propuso y fabricó un chip integrado de pantalla DUV, aprovechando las ventajas del tamaño ultrapequeño y el brillo ultraalto de los microLED DUV. Propusieron una arquitectura de dispositivo integrado verticalmente tridimensional con una matriz de microLED DUV basada en AlGaN y un fotodetector basado en óxido de zinc, colocados uno al lado del otro a través de un sustrato de zafiro transparente.
En esta arquitectura, los fotones UV emitidos desde la matriz de microLED DUV pueden penetrar el sustrato de zafiro transparente y ser capturados por el fotodetector en la parte posterior del sustrato, lo que permite una transmisión eficiente de la señal óptica.
Además, el equipo desarrolló un sistema de luminiscencia autoestabilizante con un control de retroalimentación de bucle cerrado basado en el dispositivo integrado verticalmente. Este sistema no solo puede monitorizar las fluctuaciones de la intensidad de la luz de salida de la matriz de microLED, sino que también proporciona retroalimentación continua para garantizar una potencia de salida estable.
Los resultados de la prueba mostraron que el dispositivo con sistema autoestabilizante mantiene una alta intensidad de luz y estabilidad a largo plazo, mientras que la intensidad de la luz del dispositivo sin retroalimentación disminuyó gradualmente con el tiempo.
Usando el sistema de retroalimentación, el equipo demostró una matriz de microLED DUV con una alta densidad de píxeles (564 píxeles por pulgada) y mostró con éxito un patrón claro en una oblea de silicio después de la fotolitografía DUV sin máscara, lo que indica potencial en la tecnología de fotolitografía de alta resolución.