科大工學院創全球首款高光效深紫外顯示晶元　推進無掩模光刻技術發展

香港科技大學（科大）工學院成功研發一款全球首創的深紫外microLED顯示陣列晶元，此高光效晶元可配合無掩模紫外光光刻技術，提升其光輸出功率密度準確性，並以較低成本及更速效的方法推動半導體晶片生產的技術發展。

這項研究由科大先進顯示與光電子技術國家重點實驗室創始主任郭海成教授指導，並與南方科技大學和中國科學院蘇州納米所合作。

光刻機是用以製造半導體的重要設備，它利用短波長的紫外光構成不同圖案，從而生產出各種集成電路晶片。然而，這種運用傳統汞燈和深紫外LED光源的製作有不足之處，例如器件尺寸大、解析度低、能源消耗高、輸出的光效低且功率密度不足，不利於晶片製作。

為了解決上述難題，研究團隊製造了一個無掩模光刻原型機平台，利用它製作了首個由深紫外microLED無掩模曝光的microLED顯示陣列晶元。過程中提高了紫外光萃取效率、增強其熱分佈效能，並改善了晶體外延的應力釋放。

郭教授特別提到：「團隊製作的microLED顯示陣列晶元成功實現了多項關鍵性技術突破，包括提高了光源的功率及效能、圖案顯示解析度、提升螢幕性能及快速曝光能力。此microLED顯示晶元有效地將紫外光源和掩模版上的圖案融為一體，迅速地提供足夠的輻照劑量為光阻劑進行光學曝光，推進半導體生產技術發展。」

郭教授進一步指出：「近年來，低成本、高精度的無掩模光刻技術已成為半導體行業的新興研發熱點。由於這種技術能夠更靈活調整曝光圖案，從而提供更多樣化的定製選項，並節省製造光刻掩模版的成本。因此，對於自主開發半導體設備而言，有助提高光阻劑敏感度的短波長microLED技術顯得尤為關鍵。」

科大電子及計算機工程學系博士後研究員馮鋒博士總結道：「與其他具代表性的研究相比，我們實現了更小的器件尺寸、更低的驅動電壓、更高的外量子效率、更高的光功率密度、更大規模的陣列尺寸，以及更高的顯示解析度。這些都是關鍵的性能提升，各項指標均顯示，本研究的成果領先全球。」

論文題為「High-Power AlGaN Deep-Ultraviolet Micro-Light-Emitting Diode Displays for Maskless Photolithography」，全文刊登於頂尖期刊《自然光子》。自發表以來，本研究在業界內獲得廣泛認可，並於「第十屆國際第三代半導體論壇」被評為2024年度中國第三代半導體技術十大進展之一。

展望下一階段的研究，團隊計劃繼續提升AlGaN深紫外microLED的各項性能，並改進原型機，開發2k至8k高解析度的深紫外microLED顯示螢幕。

本研究的第一作者為馮鋒博士，通訊作者則為科大電子及計算機工程學系的客席副教授兼南方科技大學副教授劉召軍。團隊成員還包括科大電子及計算機工程學系的博士後研究員劉弈鎛博士、博士畢業生張珂博士，以及來自各合作機構的研究人員。

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（原文於2024年12月29日在EurekAlert刊登。）