Российские учёные из МИСиС совместно с коллегами из Южной Кореи разобрались с процессами, которые мешали дальнейшей миниатюризации полупроводниковых приборов и, в частности, изготовлению всё меньших по размеру светодиодов. Исследование позволит наладить выпуск micro-LED с ещё более высокими плотностью пикселей и разрешением без увеличения потребления и с минимальным браком.
Источник изображения: НИТУ МИСИС
Статья о работе вышла в журнале Alloys and compounds. В целом учёные исследовали техпроцессы производства электронных приборов (транзисторов и светодиодов) из так называемых широкозонных полупроводников. Эффективные светодиоды с синим излучением, например, можно изготовить только из таких материалов. Однако индустрия столкнулась с тем, что дальнейшая миниатюризация упирается в ряд проблем. Чем меньше светодиоды и транзисторы, тем ниже эффективность их работы и тем менее стабильны рабочие характеристики.
Российские учёные совместно с коллегами из университета Корё в Сеуле изучили проблему падения эффективности при миниатюризации micro-LED, используемых, например, в производстве плоскопанельных дисплеев и связали её с дефектами, образующимися на боковых стенках структуры материалов. Для этого учёные вырастили образцы micro-LED методом осаждения металлорганических соединений из газообразной фазы с диаметрами от 100 до 10 мкм.
Значительное падение интенсивности излучения началось с образцов диаметром менее 30 мкм. Учёные предположили, что в этом виновато накопление дефектов поверхности материала, на котором был изготовлен светодиод, и объёмных дефектов на стенках самих светодиодов. Чем меньше диаметр «пикселя», тем сильнее дефекты влияют на характеристики светодиодов и тем сильнее снижают их эффективность. К транзисторам из широкозонных полупроводников это тоже относится.
Серией экспериментов эта теория была подтверждена и предложены методы по смягчению проблемы. Так, учёные рекомендовали изменить технологию травления подложки, чтобы минимизировать возникновение поверхностных дефектов, увеличить температуру отжига с 700 ˚C до 900 ˚C и задействовать процесс пассивации, чтобы закрыть поверхность материала защитным слоем и предотвратить «паразитную» рекомбинацию, в ходе которой фотоны не излучаются, а энергия рассеивается в материале.
Дальнейшая работа будет направлена на более детальное изучение влияния предложенных методов решения проблемы на эффективность светодиодов micro-LED и широкозонных полупроводников в целом. Больше подробностей можно найти в пресс-релизе на сайте НИТУ МИСиС.