Micrea-LEDanna thar a bheith ard-ghile le heipisraitheanna GaN-ar-sileacan aonfhoirmeacha ar scála vaiféir

Le luasghéarú nuálaíochta teicneolaíochta taispeána agus ardú feidhmchlár micreataispeána amhail réaltacht fhíorúil (VR) agus réaltacht mhéadaithe (AR), tá miondealú agus forbairt chomhtháite ina dtreochtaí nua i dteicneolaíocht taispeána. Faoin gcúlra seo, tháinig teicneolaíocht taispeána Micrea-LED chun cinn, ag líonadh easnaimh na dteicneolaíochtaí micreataispeána traidisiúnta i dtáscairí tábhachtacha amhail réiteach agus gile agus á haitheantas mar threo forbartha tábhachtach don chéad ghlúin eile de theicneolaíocht micreataispeána.
Mar an leathsheoltóir bearna bannaí dírí is tábhachtaí, tá airíonna den scoth ag níotráit ghailliam (GaN) amhail seoltacht theirmeach ard, neart réimse miondealaithe ard, agus luas ard drift leictreon sáithithe, rud a fhágann gurb é an t-ardán ábhair is tábhachtaí é d'fhorbairt teicneolaíochta micreataispeántais Micrea-LED. Faoi láthair, tá teicneolaíocht micreataispeántais Micrea-LED bunaithe ar GaN ina láthair te do thaighde acadúil agus d'fhorbairt thionsclaíoch ar fud an domhain, ach mar gheall ar theorainn cháilíocht criostail an ábhair agus an meath géar ar fheidhmíocht de bharr damáiste taobhballa le linn miondealú sliseanna, ní chomhlíonann na micreataispeántais Micrea-LED atá ann cheana féin na riachtanais iarratais iarbhír i dtéarmaí gile agus aonfhoirmeachta. Ag an am céanna, éilíonn cur i bhfeidhm scálaithe micreataispeántais Micrea-LED rialú docht ar tháirgeacht an phróisis, iontaofacht na ngléasanna, agus costas táirgthe, rud a fhágann gurb é teicneolaíocht déantúsaíochta vaiféil GaN foshraithe sileacain mhórmhéide an bealach tionsclaíochta is fearr do Micrea-LED. Tá an próiseas déantúsaíochta vaiféil Micrea-LED bunaithe ar GaN an-deacair agus tá sraith dúshlán teicniúil agus próisis os a chomhair, agus is beag cás rathúil a tuairiscíodh go dtí seo.
Chun na fadhbanna seo a réiteach, d'éirigh leis an Ollamh Pan Anlian agus an tOllamh Li Dong ó Ollscoil Hunan, mar aon le comhoibritheoirí ó Nosilicon Technology agus Jineng Photonics, teicneolaíocht déantúsaíochta vaiféir Micrea-LED bunaithe ar GaN ar leibhéal IC a fhorbairt go rathúil, lena n-áirítear próiseas ullmhúcháin scannáin eipitacsaigh Micrea-LED ardchaighdeáin bunaithe ar sileacan, teicneolaíocht chomhtháthaithe nasctha neamh-ailínithe, agus teicneolaíocht pasivithe balla taobh ar leibhéal adamhach, ag baint amach an gile modúl micreataispeána Micrea-LED solais ghlais is airde a tuairiscíodh go poiblí ar scannán eipitacsach GaN ar foshraith sileacain.

Mar gheall ar dlús agus gile ard picteilín, meastar gur teicneolaíocht taispeána réabhlóideach iad dé-óidí astaithe solais micrea (Micro-LEDanna) bunaithe ar níotráit ghailliam (GaN) agus tá ionchais thábhachtacha feidhmchláir acu i réimsí an mhicreataispeántais agus an taispeántais fhíorúil. Mar sin féin, bíonn dúshláin theicniúla fós roimh Mhicrea-LEDanna le méideanna picteilín níos lú ná 10 μm amhail damáiste taobhballa agus éifeachtúlacht eastósctha solais theoranta, rud a eascraíonn i laghdú ar éifeachtúlacht lonrúil agus neamh-aonfhoirmeacht ghile throm. Anseo, thuairiscigh muid Micrea-thaispeántais glasa ard-ghile le picteilín 5 μm ag baint úsáide as eipisleáin GaN-ar-Si ardchaighdeáin. Fásann eipisleán GaN glas aonfhoirmeach ar scála vaiféir ceithre orlach ar dtús ar fhoshraith sileacain, a bhfuil dlús díláithrithe íseal de 5.25 × 108 cm−2 aige, lúbadh beag vaiféir de 16.7 μm, agus aonfhoirmeacht tonnfhaid ard (diall caighdeánach STDEV

Eipea-shraitheanna GaN-ar-Si glasa 4 orlach ardchaighdeáin

Fásann an sceallóg Micrea-LED glas sa saothar seo ar foshraith Si (111) trí thaisceadh gaile ceimiceach miotail-orgánach (MOCVD) agus léirítear íomhá optúil tipiciúil i bhFíor. 1a Léirítear struchtúr an eipitacsaigh sa treo ingearach go sceitseach sa phainéal ar dheis de Fíor. 1aDe ghnáth, cuirtear tús leis an bpróiseas fáis le ciseal núicléachta AlN 200 nm ar tiús, agus ina dhiaidh sin cruacha rialaithe brú agus díláithrithe-scriosta AlGaN-GaN 1.5 μm ar tiús. Ba chóir a thabhairt faoi deara anseo go bhfuil fás AlN ardchaighdeáin ríthábhachtach chun eipi-chiseal GaN-ar-Si ardchaighdeáin a bhaint amach. Is eol go maith go mbíonn eipi-chiseal GaN a fhásann ar foshraitheanna sileacain seans maith go scoiltfidh siad mar gheall ar an difríocht mhór ina gcomhéifeachtaí leathnú teirmeacha. Úsáidtear maoláin chiseal núicléachta AlN go coitianta chun eipi-scoilteanna GaN-ar-Si a chosc. Mar sin féin, chun ardcháilíocht a bhaint amach, is gnách go n-éilíonn teochtaí fáis os cionn 1400 °C mar gheall ar na naisc láidre Al-N. Cruthaíonn sé seo dúshlán ós rud é nach bhfuil ach 1414 °C i bpointe leá sileacain, rud a fhágann nach bhfuil teochtaí chomh hard sin praiticiúil ar foshraitheanna sileacain. Chun aghaidh a thabhairt ar an gceist seo, inár gcuid oibre, baineadh úsáid as galliam (Ga) mar shubstaint dromchlaghníomhach le linn fás AlN. Chuir an cur chuige seo imirce adamh alúmanaim (Al) chun cinn ag teocht fáis níos measartha de 1100 °C tríd an dromchla fáis a phasghéarú, rud a chinntigh fás ina dhiaidh sin ar eipisraitheanna ardchaighdeáin. I ndiaidh an tsraith mhaoláin (sraith núicléaithe AlN agus cruacha rialaithe brú agus dí-áitithe AlGaN-GaN), fásann GaN cineál-n 2 μm ar tiús, agus ina dhiaidh sin 30 tréimhse de shárlaitísí InGaN/GaN agus 4 thobar réamh-chandamacha InGaN (réamh-QWanna, le hábhar In de 10%) chun an brú comhbhrúiteach a mhaolú go héifeachtach roimh fhás 8 dtréimhse de thobair chandamacha iolracha InGaN/GaN glas (2.5 nm/12 nm, le hábhar In de 25%) (MQWanna). Fásadh sárlaitísí AlGaN/GaN cineál-P tuilleadh agus úsáideadh iad mar an tsraith blocála leictreon (EBL), agus ina dhiaidh sin GaN cineál-p agus sraith teagmhála atá dópáilte go mór le maignéisiam chun friotaíocht teagmhála íseal agus aonfhoirmeach a bhaint amach. Úsáidtear difreactadh X-ghathach ardtaifigh chun cáilíocht criostail an eipisraithe ar foshraith Si a thréithriú. Mar a thaispeántar i bhFíor. 1b, ba iad luachanna leithead iomlán ag leath-uasmhéid (FWHM) na gcuar luasctha frithchaiteacha (002)/(102) ná 277 arcsec agus 264 arcsec, faoi seach, rud a fhreagraíonn do dlús díláithrithe iomlán de ~5.25 × 108 cm−2 (Tábla Forlíontach S1Cuirtear mapáil riocht lúbtha an vaiféir i láthair i bhFíor. 1cA bhuíochas leis na cruacha rialaithe brú a innealtóireacht go cúramach, taispeánann an vaiféar lúbadh dronnach de 16.7 μm ag teocht an tseomra. Rinne an lúbadh beag vaiféir é an-chomhoiriúnach le próisis chaighdeánacha monaraíochta ar scála vaiféir ina dhiaidh sin amhail nascadh vaiféir agus fótailitagrafaíocht. Cuirtear mapáil vaiféir den tonnfhad ceannasach ar an eipichiseal i láthair i bhFíor. 1 lá, ag nochtadh meán-thonnfhad ceannasach de 531.98 nm le diall caighdeánach de 0.939 nm. Is suntasach gurbh é 6 nm an t-athrú tonnfhaid trasna an tsliabháin agus gur laghdaigh sé go 1.7 nm amháin ag an scála 0.39 orlach (Fíor. S1).

a Grianghraf tipiciúil de shliseog eipitacsach 4 orlach bunaithe ar Si, áit a bhfuil an struchtúr eipitacsach le feiceáil ar an taobh deas. b Patrún difreactaithe X-ghathach ardtaifigh d'eipealchiseal a fhástar ar foshraith Si (111), áit a dtomhaistear luachanna FWHM na gcuar luasctha a fhreagraíonn do (002) agus (102) mar 277 arcsec agus 264 arcsec, faoi seach. c Mapáil riocht lúbtha an tsaiféir, rud a léiríonn lúbadh dronnach de 16.7 μm. d Mapáil vaiféir den tonnfhad ceannasach ar an eipichiseal. agus Mapáil IPF EBSD agus EBSP an eipichiseal trasna achar 1 × 1 mm. f Íomhá micreascóp leictreon tarchurtha ardtaifigh (HRTEM) agus dáileadh eilimintí an GaN/InGaN MQW

Chun cáilíocht aonchriostalach na scannán GaN a dhearbhú, déantar difreacht ais-scaipthe leictreon (EBSD) ar scála mór faid. Taispeánann an léarscáil fhigiúr cuaille inbhéartaigh (IPF) feadh an treo gnáth, a bhaineann le treoshuíomh an chriostail [0001], dath dearg aonfhoirmeach go seasta, rud a léiríonn treoshuíomh comhionann lasmuigh den eitleán, gan aon teorainneacha ná rothlaithe fearainn inaitheanta (Fíor. 1eIna theannta sin, ní nochtann scrúdú ar phatrúin ais-scaipthe leictreon (EBSPanna) a bailíodh ag sé shuíomh éagsúla thar achar 1 × 1 mm ach sraith amháin de phatrúin Kikuchi (painéal ar dheis i bhFíor 1). 1e). Bunaíonn an fhianaise dhochloíte seo treoshuíomh criostail aonair ar fud na scannán GaN ina n-iomláine, rud a dhearbhaíonn a nádúr criostalach aonair comhsheasmhach thar raon scála milliméadar. Tá an dearbhú aonfhoirmeachta seo ríthábhachtach chun an cruinneas atá riachtanach a chinntiú chun Micrea-LEDanna a dhearadh. Rinneamar scrúdú freisin ar dháileadh indium sna toibreacha candamacha agus ar cháilíocht an chomhéadain. Mar a thaispeántar i bhFíor. 1f, thugamar faoi deara codarsnacht shoiléir, ghéar ag an gcomhéadan InGaN/GaN agus dáileadh tréimhsiúil dea-shainithe indium, rud a dhearbhaíonn go neamh-dhébhríoch ardcháilíocht na n-ábhar eipisraithe.34,35Is féidir é seo a chur i leith ionchorprú réamh-QWanna a bhfuil cion íseal indium iontu, rud a bhfuil ról ríthábhachtach aige i bhfeabhsú cáilíochta agus aonfhoirmeachta MQWanna a bhfuil tiúchain níos airde indium acu, go háirithe maidir le hastaíocht solais ghlasa. Deimhníonn íomhá micreascóp fluaraiseachta, íomhá Micreascóp Fórsa Adamhach, agus torthaí scanadh HRXRD ω-2θ an caighdeán criostalach ard atá ag an eipichiseal (Fíor. S2a–cCuirtear anailís chuimsitheach ar pharaiméadair ábhartha, ag comparáid idir ár n-eipeascóp agus eipeascópaí GaN tuairiscithe, i láthair go córasach sa Tábla Forlíontach. S1 agus S2Léiríonn na sonraí feidhmíocht níos fearr i ndlús díláithrithe agus lúbadh vaiféir inár gcuid oibre i gcomparáid le torthaí a tuairiscíodh roimhe seo.36,37.

Nuair a próiseáladh eipi-waiféirí GaN-ar-Si den sórt sin go sceallóga cumhachta LED ingearacha 26 × 26 mil² (660 × 660 μm²), sheachaid siad éifeachtúlacht chandamach sheachtrach mheánach de 45% ag dlús reatha 30 A/cm² (Fíor 1). S2d), ar chomhchéim leis na sceallóga LED glasa ingearacha tráchtála den mhéid chéanna a fhástar ar foshraitheanna saifír patrúnacha38Chuir na heipisraitheanna GaN glasa a fhásadh ar foshraitheanna sileacain, le haonfhoirmeacht tonnfhaid mhaith, lúbadh beag vaiféir, agus dlús díláithrithe réasúnta, oiriúnacht eisceachtúil ar fáil do mhonarú Micrea-LED beagmhéide chun cinn. Thairis sin, tá an cur chuige seo infheidhme freisin maidir le fás heipisraitheanna GaN-ar-Si 6-orlach le lúbadh íseal vaiféir (Fíor. S3).

Sceallóga Micrea-LED ard-ghile

Figiúr 2a Cuireann sé seo próiseas monaraíochta na sceallóga Micrea-LED comhtháite CMOS i láthair, ina bhfuil naoi bpríomhchéim. Go hachomair, tosaíonn an próiseas le hullmhú sceallóg eipitacsach réamhdhéanta bunaithe ar Si. Ina dhiaidh sin, cuirtear ciseal 110 nm de ITO i dtaisceadh, agus ina dhiaidh sin cuirtear cruacha miotail Cr/Pt/Au 700 nm tiubh i dtaisceadh seicheamhach. Ansin, nasctar an sceallóg le sliseanna CMOS gan aon phróiseas ailínithe fótailitagrafaíochta a bheith ag teastáil, eadhon próiseas nasctha neamh-ailínithe. Sáraíonn an cur chuige seo na teorainneacha cruinneas ailínithe a bhaineann de ghnáth le trealamh nasctha teirmea-chomhbhrúite, rud a chuireann ar chumas monarú sceallóga Micrea-LED ardtaifigh.14,15Tar éis nascadh, baintear an tsubstráit Si le tuaslagán measctha alcaileach. Baintear picteilíniú gléis (méid agus páirc picteilíní: 5 μm agus 7.5 μm) amach ansin trí phróisis eitseála trí chéim. Áirítear leis seo próiseas eitseála plasma dhá chéim, áit a n-úsáidtear Cl2 agus BCl3 chun an ciseal maolánach iomlán a bhaint, agus ina dhiaidh sin déantar na sraitheanna GaN-bhunaithe atá fágtha a eitseáil chun miotal nasctha a nochtadh le masc crua SiO2 300 nm a thaisctear trí thaisceadh gaile ceimiceach plasma. Ar deireadh, úsáidtear córas eitseála bhíoma ian chun an carn miotail a bhaint le hargón. Chun na picteilíní a bharrfheabhsú agus lochtanna a dheisiú, cuirtear cóireáil KOH i bhfeidhm mar gheall ar a héifeachtaí neamh-iseatrópacha ar na taobhbhallaí agus ar an gcuntar lonrúil de na méasanna picteilíní.39Ní hamháin go mbaintear ábhair iarmharacha de na taobhballaí leis an gcóireáil seo ach déanann sí na gráinní GaN ar dhromchla an mheasa a gharbhú freisin, rud a éascaíonn éalú fótóin ón sliseanna. Ina dhiaidh sin, cuirtear ciseal pasivithe Al2O3 50 nm i bhfeidhm chun an dromchla a chlúdach, rud a fheabhsaíonn deisiú lochtanna tuilleadh. Tar éis an fhuinneog a oscailt chun an ciseal n-GaN a nochtadh, bunaítear leictreoidí catóide ag baint úsáide as teicnící litagrafaíochta agus galúcháin miotail chun monarú na ngléasanna a chríochnú agus idirnaisc a bhunú. Is féidir tuilleadh sonraí a fháil sa chuid “Ábhair agus modhanna”. Pléifear an próiseas cóireála taobhballa, atá ríthábhachtach chun feidhmíocht na ngléasanna a fheabhsú, go mion sa chuid níos déanaí. Mar thoradh air sin, is féidir na Micrea-LEDanna seo a mhonarú agus a chomhtháthú go héasca ar scála mór de réir mar is gá. Fíor 2b Léiríonn an Fíor léaráid scéimeach de struchtúr maitrís sliseanna micrea-LED comhtháite tríthoiseach (3T), áit a dtiomáintear na sliseanna Micrea-LED barr trí chiorcaid CMOS Si bun. 2c léiríonn sé leagan amach an taispeántais Micrea-LED, lena n-áirítear eagair Micrea-LED (1080 × 780), eagair chiorcaid picteilín, agus ciorcaid imeallacha. 2T Taispeánann sé seo sceallóg 4 orlach ina bhfuil sceallóga Micrea-LED iomadúla le méid taispeána de 0.39 orlach, áit ar féidir gach sceallóg a lasadh go neamhspleách (painéal uachtarach: sceallóg tar éis foirmiú an mhesa; painéal bun: pictiúr iarbhír den sceallóg á lasadh). 2e Taispeánann sé radharc trasghearrthach de phicteilín de na sceallóga Micrea-LED, áit a bhfuil an Micrea-LED ceangailte go docht leis an tiománaí CMOS gan aon scoilteanna, rud a mhéadódh aonfhoirmeacht agus iontaofacht gile go héifeachtach i gcomparáid leis an méid a baineadh amach leis an modh nasctha sliseanna smeach.14,40An íomhá den mhicreascóp leictreon scanála (SEM) a thaispeántar i bhFíor. 2f Léiríonn sé fíorstruchtúr tríthoiseach na sceallóga Micrea-LED. Tá picteilíní scartha óna chéile chun astaíocht solais taobhbhalla a chosc agus uillinn astaíochta solais a íoslaghdú, rud a chuireann cosc ​​​​éifeachtach ar thraslabhra lonrúil tríd an insamhalta Fearann ​​​​Ama Difríochta Críochta (FDTD) (Fíor. S4).

Fíor

a Próiseas monaraíochta an Micrea-LED, lena n-áirítear nascadh vaiféir, foirmiú mesa agus próiseas monaraíochta gléasanna. b Léaráid sceitseach de struchtúr maitrís sliseanna Micrea-LED comhtháite 3T. c Leagan amach an taispeántais Micrea-LED. d Grianghraf de shliseog 4-orlach a chomhtháthaíonn iltaispeántais Micrea-LED glasa 0.39-orlach. agus Radharc trasghearrtha de phicteilín de na sceallóga Micrea-LED. f Struchtúr tríthoiseach fíor de na sceallóga Micrea-LED

Tá na híomhánna SEM de phróisis chóireála taobhballa agus dromchla mionsonraithe i bhFíor. 3aMar a léirítear i bhFíor. 3a (ar chlé), tá cáithníní agus lochtanna ag taobhbhalla na mesas tar éis an phróisis eitseála le Plasma Cúpláilte go hIonduchtach (ICP) atá feistithe le gás bunaithe ar Chl, agus is féidir na tosca seo a leanas a chur i leith na n-ábhar seo a leanas. Ar thaobh amháin, úsáideann eitseáil ICP speicis gaile ceimiceacha agus plasma de ghnáth chun ábhar a bhaint, rud a d’fhéadfadh imoibrithe ceimiceacha agus foirmiú fotháirgí a bheith mar thoradh air.41Féadfaidh na fotháirgí seo fanacht ar dhromchla an tsaiféir agus ar bhalla taobh na mesaí i bhfoirm cáithníní. Ar an láimh eile, ní fhéadfaidh greanadh ICP ábhar a bhaint go haonfhoirmeach, rud a fhágann míchothromaíocht ar bhallaí taobh na mesaí, rud a d'fhéadfadh lochtanna a thabhairt isteach sa phróiseas monaraíochta agus ionaid athchuingrithe neamh-radaíochta nach dteastaíonn a chruthú. Chun aghaidh a thabhairt ar an dúshlán seo, úsáidtear cóireáil KOH ar dtús chun ballaí taobh neamhpholacha na mesaí a chóireáil. Cuireann an próiseas seo deireadh go héifeachtach le hábhair iarmharacha, lena n-áirítear fotháirgí, cáithníní, agus eisíontais a ghintear le linn an phróisis ghreantála. Mar thoradh air sin, baintear amach ballaí taobh níos míne agus níos glaine, rud a fheabhsaíonn éifeachtúlacht athchuingrithe radaíochta iompróirí luchta go mór. Ag an am céanna, rinneadh garbhú dromchla go héasca ar dhromchla uachtarach GaN Micro-LED N-pholach, atá so-ghabhálach d'eitseáil KOH, mar a léirítear i lár Fíor. 3aBhí gráinní a bhí dáilte go haonfhoirmeach agus a raibh méid ~50 nm acu ar dhromchla uachtarach GaN (Fíor. S5Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil an próiseas garbhúcháin an-inrialaithe áit ar féidir méideanna na ngrán a bharrfheabhsú go dtí aon luachanna inmhianaithe (10–200 nm) tríd an fad agus an teocht a choigeartú (Fíor. S6Figiúr 3b, c cuireann sé seo íomhánna moirfeolaíochta 3T den mhesa i láthair roimh agus tar éis cóireála KOH, áit a dtomhaistear garbhacht an chearnóige fréimhe (RMS) ag 0.51 nm agus 6.24 nm do na céimeanna faoi seach, rud a dheimhníonn éifeachtacht na cóireála KOH ar mhoirfeolaíocht an dromchla. D'éascaigh an dromchla garbhaithe i gceart seo eastóscadh solais ó na picteilíní Micrea-LED agus bhí ról an-tábhachtach aige maidir le héifeachtúlacht chandamach sheachtrach fhoriomlán ár dtaispeántais Micrea-LED a threisiú, rud a bhailíochtú trí insamhaltaí FDTD. Fíor S5 Deimhníonn sé seo gur féidir leis na gráinní beaga garbha GaN seo feabhas a chur ar éifeachtúlacht eastóscadh solais go héifeachtach. Go háirithe, tá méideanna na ngrán garbha sa saothar seo níos lú ná an tuarascáil roimhe seo.42, rud a léiríonn comhoiriúnacht níos fearr le dromchla uachtarach an Micrea-LED ar scála micrón. Léirítear na torthaí PL comhfhreagracha i bhFíor. 3e, áit a léiríonn déine an astaíochta buaice feabhas trí oiread tar éis cóireála KOH, rud a chruthaíonn arís éifeachtúlacht na teicníc garbhúcháin dromchla seo.

a Íomhá SEM de na mesas (ar chlé) gan aon chóireáil, (sa lár) tar éis cóireála KOH agus (ar dheis) tar éis pasiviú locht. b, c Íomhánna AFM den mhesa gan aon chóireáil (b) agus cóireáil KOH (c). d Íomhánna trasghearrthacha HRTEM agus EDS den bhalla taobh tar éis taisciú Al2O3. agus, Torthaí PL f (agus) agus rianta meathlaithe PL (f) a fhreagraíonn do gach céim a thaispeántar i (a)

Úsáidtear próiseas taiscthe ciseal adamhach (ALD) ansin chun an balla taobh a phasghéarú agus na lochtanna a dheisiú. Bhí rialú thar a bheith beacht ag an ALD ar thaiscthe ábhair le cruinneas síos go dtí ciseal móilíneach aonair. Sa saothar seo, roghnaíodh ocsaíd alúmanaim mar an t-ábhar pasghéaraithe le haghaidh deisiúcháin lochtanna le cruinneas ar leibhéal adamhach, ag líonadh neamhfhoirfeachtaí beaga dromchla amhail scoilteanna, folúntais, nó réigiúin míchothroma go héifeachtach. 3T Taispeánann sé íomhánna mapála HRTEM agus EDS den chomhéadan idir MQWanna agus Al2O3, ag taispeáint balla taobh atá clúdaithe go maith de na MQWanna le Al2O3. Tá astaíocht PL na mesas éighníomhaithe le Al2O3 thart ar 5 huaire níos airde ná an astaíocht gan aon chóireáil (Fíor. 3e), ag léiriú éifeacht dheisiúcháin den scoth. Léirítear na rianta meathlaithe fótoluminescence (PL) a fhreagraíonn do gach céim i bhFíor. 3fLéiríonn na torthaí feabhas suntasach ar shaolré athchomhcheangail an iompróra ar an meán—ó 7.58 ns go 10.69 ns tar éis cóireála KOH, ag sroicheadh ​​15.94 ns sa deireadh tar éis pasiviú na mesas le Al2O3. Tugann sé seo le fios go gcuireann an modh pasiviú balla taobh adamhach cosc ​​​​éifeachtach ar dhóchúlacht athchomhcheangail neamhradaíochta trí staideanna locht ar dhromchla balla taobh a laghdú i Micrea-LEDanna.43.

Figiúr 4a Taispeánann sé fíorghrianghraf lonrúil d’eagar Micrea-LED 30 × 30, ar féidir leis solas glas aonfhoirmeach a astú. Léirítear an cuar IV trasna an eagar Micrea-LED i bhFíor. 4bTaispeánann sé iompar tipiciúil dé-óide ceartúcháin le cóimheas ceartúcháin os cionn 108, atá níos airde ná formhór na bhfeistí a tuairiscíodh.44Chomh maith leis sin, d’oiriúnaíomar cuar an IV leis an gcothromóid Shockley agus bhaineamar fachtóir idéalach de 2.15 amach, rud a léiríonn gurb é athchuingriú na leictreon agus na bpoll ag na MQWanna is mó a dhéanann an t-iompar seachas an próiseas scaipthe. Déantar an voltas lasctha a dhíorthú mar 2.1 V ón bplota líneach de leigheas IV, atá i bhfad níos lú ná na torthaí a tuairiscíodh a thiteann de ghnáth laistigh den raon 2.5 go 2.8 volta.45,46. Déantar an fhriotaíocht sraitheach a dhíorthú mar 135 Ω, rud a léiríonn teagmháil mhaith na leictreoidí ar p-GaN agus n-GaN araon, rud a laghdaigh giniúint teasa Joule na Micrea-LEDanna go mór.

a Íomhá fíor de thaispeántán Micrea-LED a fuarthas ag baint úsáide as stáisiún tóireadóir. b Saintréithe IV i scála líneach agus loga. c Speictrim EL tomhaiste ag na sruthanna éagsúla. d An tonnfhad buaic eastósctha agus agus feidhmíocht gile le sruthanna éagsúla. f Comparáid idir príomhpharaiméadair Micrea-LEDanna sa saothar seo agus roinnt torthaí tipiciúla a tuairiscíodh

Figiúr 4c, d Taispeánann sé próifílí déine leictrea-lonrúil (EL) agus tonnfhad buaic an Mhicri-LED a fhaightear ag sruth insteallta difriúil. Léiríonn sé aistriú gorm ó 530 go 505 nm agus an sruth ag méadú ó 0.3 go 900 mA. Is féidir é seo a chur i leith an pholairithe piezoelectric atá díghrádaithe sna MQWanna agus an athchomhcheangal radaíochta iompróirí ag staid fuinnimh níos airde mar gheall ar shruth insteallta ard.25Déantar scáileáin Micrea-LED glasa 0.39-orlach (1080 × 780) a thomhas freisin. Tá an fhaisnéis chomhfhreagrach gile léirithe i bhFíor. 4e, i gcás an eagar Micrea-LED 30 × 30, méadaíonn an gile leis an sruth insteallta agus sroicheann sé uasmhéid de 1.2 × 107 cd/m2 (nits) ag 1000 A/cm2. I gcás scáileáin Micrea-LED 0.39-orlach, taispeánann an gile treocht mhéadaitheach chomhchosúil suas go dtí 186017 Cd/m2 ag 5 A/cm2. Fíor S7 léiríonn sé an EQE mar fheidhm den sruth insteallta iomlán, ag léiriú buaicluach EQE de 7.17% ag dlús reatha de 2 A/cm2. Fíor 4f taispeánann sé comparáid idir paraiméadar gile ár Micrea-LED agus roinnt torthaí tipiciúla tuairiscithe, áit a léiríonn ár dtorthaí ceann de na luachanna is airde i measc na dtorthaí tuairiscithe25,26,27,45,47,48,49,50, tá sonraí sonracha sa Tábla Forlíontach S3.

Micrea-thaispeántas maitrís ghníomhach

Figiúr5aLéiríonn sé mapáil gile micrea-thaispeántais aonair a fhaightear ó nócha sé phointe éagsúla thar limistéir 8 × 6 mm ag sruth tiomána de 1.5 A/cm². Is suntasach an rud é go bhfuil na diallais chaighdeánacha (STDEV) thar a bheith beag, ag tomhas faoi bhun 720 Cd/m² (2.2%), le gile mheánach de 32,987 Cd/m². Déantar tástáil bhreise ar aonfhoirmeacht na gile ag dlúis reatha níos airde agus léirítear í i bhFíor.S8Léiríonn na torthaí seo nach dtéann an aonfhoirmeacht in olcas ag dlúis reatha níos airde. Nuair a chuirtear teicneolaíocht demura i bhfeidhm, is féidir an aonfhoirmeacht le haghaidh scáileáin micrea-taispeána a fheabhsú tuilleadh (Fíor.S9Figiúr5btaispeánann sé gile 30 micrea-thaispeántas ar leith ar an scealp céanna ag an sruth tiomána céanna, ag nochtadh luachanna STDEV agus meán-gile de 1365 Cd/m² (4.2%) agus 32,129 Cd/m², faoi seach. Is féidir an aonfhoirmeacht gile eisceachtúil seo a chur i leith na n-eipeasóidí GaN-ar-sileacan aonfhoirmeacha agus na teicneolaíochta monaraíochta chun cinn.5cTaispeánann sé sliseán taispeána Micrea-LED pacáistithe, ag taispeáint lógó Ollscoil Hunan. Tá 829,400 (1080 × 780) picteilín sa taispeáint le méid páirce de 7.5 μm, arb ionann é agus 3400 picteilín in aghaidh an orlaigh (PPI). Bhí tiománaí CMOS Micrea-LED 5-μm agus Si-bhunaithe i ngach picteilín. Roinn gach picteilín ceap catóide coiteann le líne scanadh agus líne sonraí inrochtana go neamhspleách. Nuair a fhaigheann picteilín ar leith voltasIsteachscanadh ar an líne scanadh agusIsteachsonraí ar an líne sonraí, soilsithear an picteilín. Coinnítear an íomhá i mód taispeána statach trí mhuirearú agus díluchtú toilleoirí ag ráta athnuachana 60 Hz. Ina theannta sin, tá cumas taispeána liathscála 8-giotán ag an taispeáint, rud a chuireann ar chumas rialú codarsnachta agus íomhánna agus scannáin á dtaispeáint.5 láTaispeánann sé an íomhá fíor mhéadaithe den tíogar a thaispeántar ar an scáileán taispeána, is féidir tuilleadh íomhánna a fheiceáil i bhFíor.S10, áit ar féidir gach mionsonra a réiteach go soiléir. Taispeánann sé cumas íomháithe soiléir agus baintear amach athsheinm ardghléine ar íomhánna agus scannáin go rathúil (Físeán Forlíontach1).

aMapáil gile micrea-taispeántais aonair, rud a léiríonn ard-aonfhoirmeacht le STDEV bAn dáileadh staitistiúil ar ghile 30 micrea-thaispeántas ar an Sciathán Eipiteacsach céanna.cÍomhá fíor de sliseanna taispeána Micrea-LED pacáistithe.dÍomhánna taispeána fíor de thíogair a thaispeántar ag an scáileán taispeána

Plé

Mar fhocal scoir, cuirimid i láthair sliséar epichiseal GaN-ar-sileacan glas 4-orlach aonfhoirmeach ar scála vaiféir arb iad is sainairíonna dlús díláithrithe íseal, aonfhoirmeacht tonnfhaid den scoth, agus lúbadh íosta vaiféir. Forbraítear cur chuige pasivithe taobhballa adamhach chun aghaidh a thabhairt ar cheist na lochtanna taobhballa i Micrea-LEDanna beaga, rud a laghdaíonn athchuingriú iompróra ag láithreáin locht go héifeachtach. Feabhsaíonn an próiseas pasivithe seo, mar aon leis an garbhú dromchla dea-rialaithe, feidhmíocht optúil agus leictreach na Micrea-LEDanna glasa go suntasach. Taispeánann an t-eagar Micrea-LED GaN-ar-Si ardtaifigh, an-gheal le méideanna picteilíní chomh beag le 5 μm gile os cionn 107 cd/m2 (nits). Ina theannta sin, úsáidtear an teicníc nasctha neamh-ailínithe ingearach chun an taispeántas Micrea-LED a chomhtháthú go gan uaim le tiománaí CMOS bunaithe ar Si. Ní hamháin go mbaintear amach aonfhoirmeacht gile suntasach leis an gcomhtháthú seo ach taispeántas íomhá ardtaifigh freisin. Leagann an saothar seo béim ar acmhainneacht taispeántais Micrea-LED agus tiomáineann sé a n-iarratas forleathan i gcásanna fíorshaoil.

Ábhair agus modhanna

Fás eipiléir GaN-ar-Si

Fásann MOCVD sceallóg eipitacsach glas bunaithe ar Si; úsáidtear nítrigin ard-íonachta (N2) agus hidrigin (H2) mar gháis iompróra; úsáidtear trímheitiolgailliam (TMGa) agus trímheitiolindiam (TMIn), trímheitiolalúmanam (TMAl) agus amóinia (NH3) mar réamhtheachtaithe Ga, In, Al agus N; úsáidtear SiH4 agus Cp2Mg mar fhoinse dópála GaN de chineál n agus de chineál p.

Déantúsaíocht sliseanna micrea-LED

Tar éis fáis eipitacsaigh, brataítear an vaiféar le ITO (110 nm) ar p++ GaN trí spútar agus déantar é a ainéalú ag 500 °C ar feadh 5 nóiméad trí RTA, agus ansin déantar ciseal cruachta miotail Cr/Pt/Au 700 nm tiubh a thaisceadh trí ghalú E-bhíoma, a ullmhaítear agus a nasctar le foshraith CMOS tacaíochta. Baintear an foshraith Si (111) eipitacsaigh ansin ag baint úsáide as tuaslagán measctha alcaileach (NaOH, alcól isopropil agus H2O) ag 85 °C ar feadh 30 nóiméad. Baintear ciseal maolánach ardfhriotaíochta le ICP (Plasmalab 133 ICP 380, Oxford). Baintear amach méasa GaN trí fhótalithagrafaíocht le meaisín litagrafaíochta céimniúcháin (NSR-2205i11, Nikon) agus próisis eitseála ag baint úsáide as gás BCl3/Cl2 le ICP. Déantar cóireáil KOH le codán maise de 18% a sheoladh ina dhiaidh sin chuig an méasa GaN ag 40 °C; Taisceadh 50 nm Al2O3 tuilleadh ag baint úsáide as ALD (TFS 200, Beneq). Ar deireadh, tar éis an fhuinneog ar bharr an mheasa a oscailt, taisctear ciseal scaipthe reatha (110 nm ITO) ar chiseal n-GaN trí spútar agus déantar é a annealadh ag 300 °C ar feadh 3 nóiméad, agus ansin taisctear ciseal cruachta miotail Cr/Al/Ti/Pt/Au 1.5-μm tiubh mar leictreoid chatóide coiteann trí ghalú E-bhíoma.

Saintréithiú samplach

Rinneadh tréithriú ar na híomhánna optúla den Micrea-LED trí mhicreascóp (Zeiss Axio Scope A1) agus ceamara mate 60. Rinneadh tréithriú ar na híomhánna SEM leis an SEM astaíochta réimse (Nova NanoSEM 230, FEI). Fuarthas na híomhánna TEM agus HRTEM le micreascóp leictreon tarchurtha (FEI Themis Z (3.2)). Tomhaiseadh speictrim PL ar chórais mhicreascóp comhfhócasacha (WITec, Alpha 300R) a raibh spreagadh léasair 488 nm feistithe orthu.

Rinneadh feidhmíocht leictreach na bhfeistí mar a monaraíodh iad ag baint úsáide as stáisiún tóireadóireachta féin-thógtha leis an speictrearaidiiméadar cs-2000a in éineacht le méadar agus speictriméadar lonrúlachta ardchruinnis agus Keithley 2450 mar fhoinse reatha. Bailíodh na fótóin leis an speictrearaidiiméadar cs-2000a nuair a cuireadh Micrea-LEDanna faoi shruth tairiseach chun an luach gile comhfhreagrach a ríomh. Chun luachanna gile Micrea-LEDanna a bhrath agus a mheas ar bhealach níos áisiúla, ghlacamar leis an limistéar tóireadóireachta méadair lonrúlachta mar an limistéar iarbhír ina mbailítear fótóin. Ciallaíonn sé seo nach bhfuil limistéir neamhshoilsithe idir picteilíní bainte.