香港科技大学推出首款用于先进光刻技术的深紫外线 microLED 芯片

香港科技大学(HKUST) 的研究人员开发出一种用于光刻机的开创性深紫外 (UVC) 微型 LED 显示器阵列，标志着半导体制造领域的重大进步。该技术通过提供足够的光输出功率密度来更快地曝光光刻胶膜，从而降低了成本并提高了无掩模光刻的效率。

该项目由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成教授领导，并与南方科技大学和中国科学院苏州纳米技术研究所合作。

光刻机在半导体生产中发挥着重要作用，它使用短波长的紫外线将复杂的图案蚀刻到集成电路芯片上。传统光源（如汞灯和深紫外线 LED）面临着设备尺寸大、分辨率低、能耗高和光功率密度不足等挑战。

为了解决这些问题，香港科技大学团队开发了无掩模光刻原型平台，制造了第一个具有增强的光提取效率、热分布和外延应力消除的深紫外微型 LED 装置。

郭教授表示：“团队在首款microLED器件上取得了关键突破，包括高功率、高光效、高分辨率图案显示、提升屏幕性能和快速曝光能力。这款深紫外microLED显示芯片将紫外光源与光罩上的图案集成在一起。它可以在短时间内为光刻胶曝光提供足够的照射剂量，为半导体制造开辟了一条新道路。”

该技术支持对低成本、高精度无掩模光刻技术日益增长的需求。郭教授解释说：“因此，光刻胶敏感的短波长微型 LED 技术对于半导体设备的独立开发至关重要。”

香港科技大学电子及计算机工程学系博士后研究员冯锋博士补充道：“与其他代表性成果相比，我们的创新成果具有器件尺寸更小、驱动电压更低、外部量子效率更高、光功率密度更高、阵列尺寸更大、显示分辨率更高的特点。这些关键性能的提升使得该项研究在所有指标上都处于全球领先地位。”

他们的成果以《用于无掩模光刻的高功率AlGaN深紫外微发光二极管显示器》为题发表在《自然光子学》杂志上，获得了广泛好评。该创新被第十届国际宽带隙半导体论坛（IFWS）评为中国第三代半导体技术十大进展之一。

该团队计划进一步开发，旨在增强 AlGaN 深紫外微型 LED 的性能，并推出 2k 至 8k 高分辨率深紫外微型 LED 显示屏。

什么是无掩膜光刻？

关于无掩膜光刻，业内已经研究颇多。

无掩模光刻利用直接将信息转移到衬底上的方法，而无需利用中间静态掩模，即直接复制的光掩模。在微光刻中，辐射转移通常将时间常数掩模的图像投射到光敏乳剂（或光刻胶）上。传统上，掩模对准器、步进器、扫描仪以及其他用于高速复制微结构的非光学技术是常见的。该概念利用了高速或并行处理技术，这些技术已通过庞大而廉价的可用计算能力实现，而标准方法却没有问题，该方法将缓慢但精确的结构化过程从快速而高度的掩模中分离出来。并行复制过程可实现工业微结构化所需的高复制吞吐量。

无掩模光刻遵循两个主要路径。一种栅格化方法是通过在可电子修改的掩模上生成时变间歇图像，该掩模以已知方式（也称为激光直接成像和其他同义词）进行投影，或者通过直接书写将辐射聚焦形成窄光束，然后以矢量形式扫描穿过抗蚀剂。然后使用光束将图像直接写入光致抗蚀剂，一次一个或多个像素。两种方法的组合也是已知的，并且不限于光辐射，还扩展到紫外线中，包括电子束以及经由MEMS器件的机械或热烧蚀。

无掩模光刻的一个主要优点是能够将光刻图案从一次运行更改为下一次运行，而不会产生产生新的光掩模的成本。这可能对双重图案化或非线性材料行为的补偿（例如，在使用便宜的，非苛刻的基材或补偿先前结构的随机放置误差时）有用。

当前，无掩模光刻的主要形式是电子束和光学。此外，聚焦离子束系统在故障分析和缺陷修复中已经确立了重要的利基作用。同样，已经证明了基于机械和热消融探针头阵列的系统。