1. Mikro-LED-tehnoloogia kui järgmise põlvkonna-ekraanitehnoloogia eesliinivaldkond pälvib laialdast tähelepanu ja uurimistööd. Võrreldes traditsiooniliste vedelkristallkuvarite ja orgaaniliste -valgusdioodidega (OLED), pakub Micro LED suuremat heledust, suuremat kontrastsust ja laiemat värvigamma, samal ajal väiksema energiakulu ja pikema elueaga. See annab Micro LED-ile tohutu potentsiaali sellistes valdkondades nagu televiisorid, nutitelefonid, väikesed{5}}nutikantavad seadmed,-autoekraanid ja AR/VR. Micro LED, LCD ja OLED parameetrite võrdlus on näidatud joonisel 1.
Massiülekanne on oluline samm Micro LED-kiipide ülekandmisel kasvusubstraadilt sihtsubstraadile. Mikro-LED-kiipide suure tiheduse ja väikese suuruse tõttu on traditsioonilistel edastusmeetoditel raske täita kõrgeid täpsusnõudeid. Mikro-LED-sid ja vooluahela draivereid ühendava kuvamassiivi saavutamiseks on vaja mikro-LED-kiipide mitut massiülekannet (vähemalt safiir-substraadilt ajutisele substraadile uuele substraadile), kusjuures iga kord kantakse üle suur hulk kiipe, mis seab kõrged nõudmised ülekandeprotsessi stabiilsusele ja täpsusele. Lasermassiülekanne on tehnoloogia Micro LED-kiipide ülekandmiseks natiivselt safiirsubstraadilt sihtsubstraadile. Esiteks eraldatakse laastud natiivsest safiirsubstraadist laserkoorimise teel; seejärel viiakse sihtsubstraadile läbi ablatsioonitöötlus, et kanda kiibid kleepuva materjaliga (nagu polüdimetüülsiloksaan) substraadile. Lõpuks kantakse kiibid PDM-i substraadilt TFT-tagaplaadile, kasutades TFT-tagaplaadi metalli sidumisjõudu.
02 Laserkoorimise tehnoloogia
Lasermassülekande esimene samm on laserkoorimine (LLO). Laserkoorimise saagis määrab otseselt kogu laserülekandeprotsessi lõppsaagise. Mikro-LED-id kasutavad GaN-i epitaksiaalsete kihtide ettevalmistamiseks tavaliselt substraate, nagu Si ja safiir. On olulisi probleeme, nagu suur võre mittevastavus ja erinevused soojuspaisumistegur Si materjalide ja GaN vahel; Seetõttu kasutatakse Micro LED-kiipide valmistamisel sagedamini safiirsubstraate. Safiiri ribalaius on 9,9 eV, GaN on 3,39 eV ja AlN 6,2 eV. Laserkoorimise põhimõte hõlmab lühikese-lainepikkusega laserite kasutamist, mille footoni energia on suurem kui GaN energia ribalaius, kuid väiksem kui safiiri ja AlN ribalaius, kiiritades safiiri poolelt. Laser läbib safiiri ja AlN-i, seejärel neeldub pind GaN. Selle protsessi käigus toimub pinna GaN termiline lagunemine ja kuna Ga sulamistemperatuur on umbes 30 kraadi, tekib N2 ja vedel Ga ning seejärel N2 väljub, saavutades seeläbi GaN epitaksiaalse kihi eraldamise safiirsubstraadist mehaanilise jõu abil. Liideses toimuvat lagunemisreaktsiooni võib esitada järgmiselt:
Footonite energia valemi kohaselt peaks ülaltoodud tingimustele vastav laseri optimaalne lainepikkus jääma järgmisse vahemikku: 125 nm < 209 nm Väiksem või võrdne λ Väiksem või võrdne 365 nm. Uuringud näitavad, et laserimpulsi laius, laseri lainepikkus ja laserenergia tihedus on laserablatsiooniprotsessi saavutamise võtmetegurid.
Täisvärvilise-mikro-LED-valgustuse realiseerimiseks on vaja samale substraadile täpselt paigutada ja integreerida punase, rohelise ja sinise värviga Micro LED-kiibid, et luua väike kõrge{1}}eraldusvõimega värviekraani piksel. Laser Lift{3}}Off (LLO) meetod ei sobi mitte-ühtlaste punaste, roheliste ja siniste mikro-LED-seadmete valikuliseks integreerimiseks. Veelgi enam, väikese arvu kahjustatud Micro LED-kiipide valikuline parandamine on ekraanitoodete tootlikkuse suurendamiseks ülioluline. Seetõttu on esile kerkinud valikulise lasertõste{7}}väljalülitamise (SLLO) tehnoloogia. See tehnoloogia on rakendatav heterogeenseks integreerimiseks ja selektiivseks parandamiseks, ilma et oleks vaja keerukat partiitöötlusprotseduuri. Samuti saab see valikuliselt üle kanda kindlaid{10}}määratud LED-e ja parandada kahjustatud LED-e. SLLO kasutab laserkiirgust, et eemaldada selektiivselt mikro-LED-kiibid liidesest substraadiga. Tavaliselt kasutatakse valgusallikana ultraviolettvalgust. Lühema lainepikkusega valgus interakteerub materjalidega tugevamalt, võimaldades täpsemat koorimisprotsessi. Lisaks on ultraviolettvalgusega koorimisprotsessi käigus tekkiv soojus suhteliselt madal, mis vähendab termiliste kahjustuste ohtu.
Uniqarta on pakkunud välja suuremahulise-paralleellaseriga koorimise meetodi, nagu on näidatud joonisel 4. X-Y laserskanneri lisamisega ühe impulsslaserile hajutatakse üks laserkiir mitmeks laserkiireks, mis võimaldab suures ulatuses-koorida kiipe. See skeem suurendab märkimisväärselt ühe toiminguga kooritud laastude arvu, saavutades koorimiskiiruseks 100 M/h, ülekandetäpsusega ±34 μm, ning sellel on head defektide tuvastamise võimalused, mistõttu sobib see praegu erinevate suuruste ja materjalide teisaldamiseks.
3 Laserülekande tehnoloogia
Massiivse laserülekande teine etapp on laserülekanne, mis hõlmab eemaldatud kiipide ülekandmist ajutiselt substraadilt tagaplaadile. Coherendi pakutud laser-induced forward transfer (LIFT) tehnoloogia on meetod, mille abil saab paigutada erinevaid funktsionaalseid materjale ja struktuure kasutaja-määratletud mustritesse, võimaldades suures-mahus paigutada väikese suurusega struktuure või seadmeid. Praegu on LIFT-tehnoloogia edukalt saavutanud erinevate elektrooniliste komponentide ülekande, mille suurus on vahemikus 0,1 kuni üle 6 mm². Joonisel 5 on kujutatud tüüpiline LIFT-protsess. LIFT-protsessis läbib laser läbipaistva substraadi ja neeldub dünaamiline vabastav kiht. Laseri ablatiivse või aurustusefekti tõttu suureneb dünaamilise vabastuskihi tekitatud kõrge rõhk kiiresti, kandes seeläbi kiibi templilt vastuvõtvale substraadile.
Pärast täiustusi töötas Uniqarta välja laser{0}}indutseeritud edasiülekande tehnoloogia, mis põhineb villidel (BB-LIFT). Nagu on näidatud joonisel 6, on erinevus selles, et laserkiirguse ajal eemaldatakse ainult väike osa DRL-ist ja see toodab gaasi, et anda löögienergiat. DRL võib kapseldada lööklaine laienevasse mulli, surudes kiipi õrnalt vastuvõtva substraadi poole, mis võib parandada ülekande täpsust ja vähendada kahjustusi.
Templi mitte-korduvkasutatavus on oluline tegur, mis piirab BB-LIFT-i rakendamist. Kulutõhususe parandamiseks töötasid teadlased välja korduvkasutatava BB-LIFT-tehnoloogia, mis põhineb korduvkasutatavate templite disainil, nagu on näidatud joonisel 7. Tempel koosneb metallkihiga mikroõõnsustest, mille seinad on õõnsuse seinad ja elastne liimvorm koos mikrostruktuuridega, mida kasutatakse kiipide kapseldamiseks ja mikrokapseldamiseks. 808 nm laseriga kiiritamisel neelab metallikiht laserit ja tekitab soojust, mistõttu õõnsuses olev õhk laieneb kiiresti, mis viib templi deformatsioonini ja vähendab oluliselt selle nakkumist. Sel hetkel põhjustab mullitamise tekitatud löök kiibi templi küljest lahti.
Suuremahulise-ülekandmise korral on korjamise ajal vaja tugevat haardumist, et tagada usaldusväärne püüdmine; paigaldamise ajal peab adhesioon olema ülekande saavutamiseks võimalikult minimaalne, seega seisneb tehnoloogia tuum haardumisjõu lülitussuhte parandamises. Teadlased panid liimikihti laiendatavad mikrosfäärid ja kasutasid väliste termiliste stiimulite tekitamiseks laserküttesüsteemi. Korjeprotsessi ajal tagavad väikese -suurusega sisseehitatud laienevad mikrosfäärid liimikihi pinna tasasuse, samas kui mõju liimikihi tugevale nakkumisele võib tähelepanuta jätta. Kuid ülekandeprotsessi käigus kandub laserküttesüsteemi tekitatud 90-kraadine väline termiline stiimul kiiresti liimikihile, põhjustades sisemiste mikrosfääride kiiret paisumist, nagu on näidatud joonisel 8. Selle tulemuseks on kihiline mikro{7}}kare struktuur pinnal, mis vähendab oluliselt pinna haardumist ja saavutab usaldusväärse vabanemise.
Suuremahulise-mahu ülekande saavutamiseks leidsid teadlased, et ülekanne sõltub TRT ja funktsionaalse seadme vahelise adhesiooni muutusest ning seda juhivad temperatuuriparameetrid, nagu on näidatud joonisel 9. Kui temperatuur on alla kriitilise temperatuuri Tr, on TRT/funktsionaalse seadme energia vabanemise kiirus suurem kui funktsionaalse seadme/allikasubstraadi kriitiline energia vabanemise kiirus, mis põhjustab TRT-liideses pragude/liidese RT-l kalduvust levida. üles. Ülekandeprotsessi käigus tõstetakse temperatuur laserkuumutusega üle kriitilise temperatuuri Tr ja TRT/funktsionaalse seadme energia vabanemise kiirus on väiksem kui funktsionaalse seadme/sihtsubstraadi kriitiline energia vabanemise kiirus, mis võimaldab funktsionaalset seadet edukalt sihtsubstraadile üle kanda.
