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香港科技大(da)學（港科大(da)）工學院成功研發(fa)一(yi)款全球首(shou)創(chuang)的(de)(de)深(shen)紫外Micro LED顯示陣列(lie)晶元(yuan)，此高光(guang)(guang)(guang)效晶元(yuan)可配(pei)合無掩(yan)模(mo)紫外光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)技術，提升其(qi)光(guang)(guang)(guang)輸出功率密度準確性，并以較低成本及更速效的(de)(de)方法推動半導體晶片生產(chan)的(de)(de)技術發(fa)展。

這項研(yan)究由港科大先進顯示與(yu)(yu)光電子技(ji)術國家重(zhong)點實驗室創始(shi)主任郭海成教授指導，并(bing)與(yu)(yu)南方科技(ji)大學和中國科學院蘇州納米所(suo)合作。 

是次研(yan)(yan)究(jiu)由港科大(da)先進(jin)顯示與光電子技術國家重(zhong)點實驗(yan)室創(chuang)始主任郭海成教授（中）指(zhi)導，研(yan)(yan)究(jiu)團(tuan)(tuan)隊(dui)核心成員(yuan)馮鋒博(bo)士(shi)（左）為第一作者，團(tuan)(tuan)隊(dui)亦包括劉弈镈博(bo)士(shi)（右），兩位均為港科大(da)電子及計(ji)算機工程(cheng)學系的博(bo)士(shi)后研(yan)(yan)究(jiu)員(yuan)。

光(guang)(guang)刻機是用以制(zhi)造(zao)半導體(ti)的重要設備，它利用短波(bo)長的紫外光(guang)(guang)構成不(bu)(bu)同圖案，從而生產出(chu)各種集成電(dian)路晶(jing)片(pian)。然而，這(zhe)種運(yun)用傳統汞(gong)燈和深紫外LED光(guang)(guang)源的制(zhi)作(zuo)有不(bu)(bu)足之(zhi)處，例(li)如器件尺(chi)寸大、解析(xi)度(du)低(di)、能(neng)源消耗高、輸(shu)出(chu)的光(guang)(guang)效低(di)且功率密度(du)不(bu)(bu)足，不(bu)(bu)利于(yu)晶(jing)片(pian)制(zhi)作(zuo)。 

為(wei)了(le)(le)(le)解決(jue)上(shang)述難題(ti)，研究團隊制(zhi)造了(le)(le)(le)一個(ge)無掩模光刻原型機平臺，利用它(ta)制(zhi)作(zuo)了(le)(le)(le)首個(ge)由深(shen)紫(zi)外Micro LED無掩模曝光的Micro LED顯示陣列晶元。過程中提高了(le)(le)(le)紫(zi)外光萃取效率、增(zeng)強其熱分布效能，并改(gai)善了(le)(le)(le)晶體外延(yan)的應(ying)力釋放。 

上圖(tu)的電致發光(guang)圖(tu)像顯(xian)(xian)示(shi)出其光(guang)輸出質量高，測試(shi)在(zai)日常運作(zuo)電流密度(du)的范圍內，晶(jing)(jing)元都能提供穩定(ding)的光(guang)輸出，即(ji)使是細小至三微(wei)米的器(qi)件中亦然。下圖(tu)顯(xian)(xian)示(shi)深紫外microLED顯(xian)(xian)示(shi)陣列(lie)晶(jing)(jing)元能提供穩定(ding)的光(guang)輸出功率，成功顯(xian)(xian)出影(ying)像供圖(tu)案轉移使用。

郭教授(shou)特別提(ti)到：「團(tuan)隊制作的(de)Micro LED顯示陣列(lie)晶(jing)元(yuan)成功(gong)實現了多項關鍵性(xing)技術(shu)突破(po)，包括(kuo)提(ti)高(gao)了光源(yuan)的(de)功(gong)率及(ji)效能、圖案顯示解析度、提(ti)升熒幕性(xing)能及(ji)快速(su)曝(pu)光能力。此Micro LED顯示晶(jing)元(yuan)有效地將紫外光源(yuan)和掩模版上(shang)的(de)圖案融(rong)為一體，迅速(su)地提(ti)供足夠的(de)輻(fu)照劑量為光阻劑進(jin)行光學曝(pu)光，推進(jin)半導體生產(chan)技術(shu)發展。」

郭教授進一步指出(chu)：「近年(nian)來，低成本、高精度的無掩模光(guang)刻技(ji)術已成為(wei)半(ban)導(dao)體行業的新興研發熱點(dian)。由于這種(zhong)技(ji)術能夠更靈活調(diao)整曝光(guang)圖案(an)，從而提(ti)供更多(duo)樣化的定制(zhi)選項，并節省制(zhi)造光(guang)刻掩模版的成本。因此(ci)，對于自主(zhu)開發半(ban)導(dao)體設備而言(yan)，有助提(ti)高光(guang)阻劑(ji)敏感度的短波長Micro LED技(ji)術顯得尤為(wei)關鍵。」

港(gang)科大電子及計(ji)算機工程學系博(bo)士后研(yan)究員馮鋒博(bo)士總結道(dao)：「與(yu)其(qi)他具(ju)代表(biao)性的(de)(de)研(yan)究相比(bi)，我們實現了更(geng)小的(de)(de)器件尺寸(cun)、更(geng)低(di)的(de)(de)驅動電壓(ya)、更(geng)高的(de)(de)外量子效率、更(geng)高的(de)(de)光功(gong)率密度(du)、更(geng)大規模的(de)(de)陣列尺寸(cun)，以(yi)及更(geng)高的(de)(de)顯示解(jie)析(xi)度(du)。這(zhe)些(xie)都是關鍵(jian)的(de)(de)性能提升，各項指標(biao)均(jun)顯示，本研(yan)究的(de)(de)成果領(ling)先(xian)全(quan)球(qiu)。」

論(lun)(lun)文題為「High-Power AlGaN Deep-Ultraviolet Micro-Light-Emitting Diode Displays for Maskless Photolithography」，全文刊登于頂(ding)尖期刊《自然光(guang)子(zi)》。自發表以來，本研(yan)究(jiu)在業界內獲得廣泛認可，并于「第(di)十屆國際第(di)三代(dai)半導體(ti)論(lun)(lun)壇」被(bei)評為2024年度中國第(di)三代(dai)半導體(ti)技術十大進展之一。

展望下(xia)一階段(duan)的研究，團隊計劃(hua)繼續提升AlGaN深紫(zi)外(wai)Micro LED的各項性能(neng)，并改(gai)進原型機(ji)，開發2k至(zhi)8k高解析度的深紫(zi)外(wai)Micro LED顯(xian)示(shi)熒幕。

本研(yan)究(jiu)的第一作者為(wei)馮鋒(feng)博(bo)士(shi)，通訊作者則為(wei)港科(ke)大電子及計(ji)算機(ji)工(gong)(gong)程學(xue)(xue)系的客席副教授兼南方(fang)科(ke)技大學(xue)(xue)副教授劉(liu)召軍(jun)。團隊成員還包括港科(ke)大電子及計(ji)算機(ji)工(gong)(gong)程學(xue)(xue)系的博(bo)士(shi)后(hou)研(yan)究(jiu)員劉(liu)弈镈博(bo)士(shi)、博(bo)士(shi)畢業生(sheng)張珂(ke)博(bo)士(shi)，以(yi)及來自各合(he)作機(ji)構的研(yan)究(jiu)人員。