01
Introducció
La tecnologia micro LED, com a-camp d'avantguarda de la tecnologia de visualització de propera-generació, està rebent molta atenció i recerca. En comparació amb les pantalles de cristall líquid tradicionals i els díodes emissors de llum-orgànics (OLED), els micro LED ofereixen una brillantor més gran, un contrast més gran i una gamma de colors més àmplia, alhora que consumeixen menys energia i tenen una vida útil més llarga. Això ofereix als Micro LED un potencial important en televisors, telèfons intel·ligents, petits dispositius portàtils,-pantalles de vehicles i aplicacions de RA/RV. Una comparació de paràmetres entre Micro LED, LCD i OLED.
La transferència de massa és un pas clau en la transferència de xips Micro LED des del substrat de creixement al substrat objectiu. A causa de l'alta densitat i la petita mida dels xips Micro LED, els mètodes de transferència tradicionals tenen dificultats per complir els requisits per a una transferència d'alta-precisió. Aconseguir una matriu de pantalla que combini Micro LED amb unitat de circuit requereix múltiples transferències massives de xips Micro LED (almenys des del substrat de safir → substrat temporal → substrat nou), amb un gran nombre de xips transferits cada vegada, demanant una gran estabilitat i precisió del procés de transferència. La transferència de massa làser és una tècnica per transferir xips Micro LED des del substrat de safir natiu al substrat objectiu. En primer lloc, els xips es separen del substrat de safir natiu mitjançant l'aixecament làser-; després, es realitza l'ablació al substrat objectiu per permetre que les fitxes es transfereixin a un substrat amb materials adhesius (com el polidimetilsiloxà). Finalment, utilitzant la força d'unió metàl·lica a la placa posterior TFT, els xips es transfereixen des del substrat PDM a la placa posterior TFT.
02
Tecnologia Laser Lift-Off
El primer pas de la transferència de massa làser és l'aixecament{0}}làser (LLO). El rendiment de l'aixecament-làser determina directament el rendiment final de tot el procés de transferència làser. Els micro LED solen utilitzar substrats com ara Si i safir per fer créixer capes epitaxials de GaN per a la seva fabricació. Hi ha diferències significatives en la gelosia i el coeficient d'expansió tèrmica entre Si i GaN, de manera que els substrats de safir s'utilitzen més habitualment en la preparació de xips Micro LED.
El bandgap del safir és de 9,9 eV, GaN és de 3,39 eV i AlN és de 6,2 eV. El principi de l'aixecament del làser-és utilitzar un làser-de longitud d'ona curta amb una energia fotònica superior a la banda intercalada de GaN, però menor que la banda intermitent de safir i AlN, irradiant des del costat del safir. El làser travessa el safir i l'AlN i és absorbit per la capa superficial de GaN. Durant aquest procés, el GaN superficial experimenta una descomposició tèrmica. Com que el punt de fusió de Ga és d'uns 30 graus, es generen N2 i Ga líquid, i N2 s'escapa, separant així mecànicament la capa epitaxial de GaN del substrat de safir. La reacció de descomposició que es produeix a la interfície es pot representar com:
Segons la fórmula per a l'energia fotònica, la longitud d'ona làser òptima que compleixi les condicions anteriors hauria d'estar en el rang següent: 125 nm < 209 nm Menys o igual a λ Menys o igual a 365 nm. La investigació mostra que l'amplada del pols làser, la longitud d'ona del làser i la densitat d'energia del làser són factors clau per aconseguir el procés d'ablació làser.
Per aconseguir una emissió de color-complet amb els Micro LED, és necessari disposar i integrar amb precisió els xips Micro LED vermells, verds i blaus al mateix substrat per crear petits píxels de pantalla en color d'alta-resolució. Tanmateix, LLO no és adequat per a la integració selectiva de dispositius Micro LED vermells, verds i blaus no-uniformes. A més, la reparació selectiva d'un nombre reduït de xips Micro LED danyats és crucial per millorar el rendiment dels productes de visualització. Per tant, ha sorgit la tecnologia Laser Selective Lift-Off (SLLO). Aquesta tecnologia és adequada per a la integració heterogènia i la reparació selectiva, sense requerir processos per lots complexos. També pot transferir selectivament alguns LED-preespecificats i reparar els LED danyats.
SLLO s'aconsegueix utilitzant un làser per separar selectivament la interfície entre els xips Micro LED i el substrat. La llum ultraviolada s'utilitza habitualment com a font de llum. La llum-de longitud d'ona curta interacciona amb més força amb el material, la qual cosa permet un procés d'aixecament-més precís. A més, la calor generada per la llum ultraviolada durant el procés d'aixecament-és relativament baixa, la qual cosa redueix el risc de danys tèrmics.
Uniqarta ha proposat un mètode d'exfoliació làser paral·lel a gran -escala, tal com es mostra a la figura 4. En afegir un escàner làser X-Y sobre la base d'un làser d'un sol-pols, un únic feix làser es difracta en múltiples feixos, permetent l'exfoliació de xips a gran-escala. Aquest esquema augmenta significativament el nombre d'encenalls exfoliats en una sola tirada, aconseguint una velocitat d'exfoliació de 100 M/h, una precisió de transferència de ± 34 μm i una bona capacitat de detecció de defectes, adequada per a la transferència de diferents mides i materials actuals.
03
Tecnologia de transferència làser
El segon pas de la transferència massiva làser és la transferència làser, que transfereix el xip delaminat del substrat temporal al pla posterior. La tecnologia de transferència avançada induïda per làser-LIFT (LIFT) proposada per Coherent és una tècnica que pot col·locar diversos materials i estructures funcionals en patrons definits per l'usuari-, permetent la col·locació a gran-escala d'estructures o dispositius amb mides de característiques petites. Actualment, la tecnologia LIFT ha aconseguit amb èxit la transferència de diversos components electrònics, amb mides que van des de 0,1 fins a més de 6 mm2. La figura 5 mostra un procés LIFT típic. En el procés LIFT, el làser travessa el substrat transparent i és absorbit per la capa d'alliberament dinàmic. Mitjançant l'ablació làser o la vaporització, l'alta pressió generada per la capa d'alliberament dinàmic augmenta ràpidament, transferint així el xip del segell al substrat receptor.
Després de les millores, Uniqarta va desenvolupar una tecnologia de transferència cap endavant induïda per làser-blíster-(BB-LIFT). Com es mostra a la figura 6, la diferència rau en que durant la irradiació làser, només una petita part del DRL s'ablationa per generar gas per proporcionar energia d'impacte. El DRL pot encapsular l'ona de xoc a l'interior creant una ampolla expandida, empenyent el xip més suaument cap al substrat receptor, cosa que pot millorar la precisió de la transferència i reduir els danys.
La no-reutilització del segell és un factor important que limita l'aplicació de BB-LIFT. Per millorar el cost-efectivitat, els investigadors han desenvolupat una tècnica BB-LIFT reutilitzable basada en el disseny de motlles reutilitzables, tal com es mostra a la figura 7. El segell consta d'una microcavitat amb una capa metàl·lica, amb parets de cavitat i un motlle adhesiu elàstic microestructurat que s'utilitza per encapsular la microcavitat i unir el xip. Amb la il·luminació d'un làser de 808 nm, la capa metàl·lica absorbeix el làser i genera calor, fent que l'aire dins de la cavitat s'expandeixi ràpidament, deformant el segell i reduint molt la seva adhesió. En aquest punt, l'impacte generat per la formació de bombolles facilita el despreniment del xip del segell.
En la transferència a gran-escala, es requereix una forta adherència durant la recollida-per garantir una adquisició fiable, mentre que l'adhesió ha de ser tan baixa com sigui possible durant la col·locació per aconseguir la transferència. Per tant, la tecnologia clau rau en la millora de la relació de commutació d'adhesió. Els investigadors han incrustat microesferes expandibles a la capa adhesiva i han utilitzat un sistema de calefacció per làser per generar estimulació tèrmica externa. Durant el procés de recollida-, les microesferes ampliables incrustades de mida petita{-asseguren la planitud de la superfície de la capa adhesiva, mentre que l'efecte sobre la forta adhesió de la capa adhesiva es pot descuidar. Durant el procés de transferència, l'estimulació tèrmica externa de 90 graus generada pel sistema d'escalfament làser es transfereix ràpidament a la capa adhesiva, fent que les microesferes internes s'expandeixin ràpidament, tal com es mostra a la figura 8. Això dóna com a resultat una micro{10}estructura d'elevació a la superfície, reduint significativament l'adhesió superficial i aconseguint un alliberament fiable.
Per aconseguir una transferència a gran-escala, els investigadors van trobar que la transferència depèn de la variació en l'adhesió entre el TRT i el dispositiu funcional, i està controlada per paràmetres de temperatura, tal com es mostra a la figura 9. Quan la temperatura és per sota de la temperatura crítica Tr, la velocitat d'alliberament d'energia del TRT/dispositiu funcional supera la taxa d'alliberament d'energia crítica del dispositiu funcional/font/dispositiu funcional, propagant les esquerdes del dispositiu/font/interfície. recollint així el dispositiu funcional. Durant el procés de transferència, l'escalfament làser augmenta la temperatura per sobre de la temperatura crítica Tr, fent que la taxa d'alliberament d'energia del TRT / dispositiu funcional sigui inferior a la taxa d'alliberament d'energia crítica del dispositiu funcional / substrat objectiu, transferint així amb èxit el dispositiu funcional al substrat objectiu.
