01
Sissejuhatus
Mikro-LED-tehnoloogia kui järgmise põlvkonna-põlvkonna kuvatehnoloogia tipp-valdkonnana pälvib laialdast tähelepanu ja uurimistööd. Võrreldes traditsiooniliste vedelkristallkuvarite ja orgaaniliste -valgusdioodidega (OLED-idega), pakuvad mikro-LED-id suuremat heledust, suuremat kontrastsust ja laiemat värvigammat, tarbides samal ajal vähem energiat ja pikema elueaga. See annab Micro LED-idele märkimisväärse potentsiaali telerites, nutitelefonides, väikestes kantavates seadmetes,{5}}sõidukite ekraanides ja AR/VR-rakendustes. Micro LED, LCD ja OLED parameetrite võrdlus.
Massiülekanne on oluline samm Micro LED-kiipide ülekandmisel kasvusubstraadilt sihtsubstraadile. Mikro-LED-kiipide suure tiheduse ja väiksuse tõttu ei suuda traditsioonilised edastusmeetodid täita ülitäpse{1}}edastuse nõudeid. Mikro-LED-i ja vooluahela ajamiga ühendava kuvamassiivi saavutamiseks on vaja mitut mikro-LED-kiibi massiülekannet (vähemalt safiir-substraadilt → ajutiselt substraatilt → uuelt aluspinnalt), kusjuures iga kord kantakse üle suur hulk kiipe, mis nõuab edastusprotsessi kõrget stabiilsust ja täpsust. Lasermassiülekanne on meetod Micro LED-kiipide ülekandmiseks natiivselt safiirsubstraadilt sihtsubstraadile. Esiteks eraldatakse laastud natiivsest safiirsubstraadist laserlift{5}}eemaldamise teel; seejärel viiakse sihtsubstraadil läbi ablatsioon, et võimaldada kiipide ülekandmist kleepuvate materjalidega (nagu polüdimetüülsiloksaan) alusele. Lõpuks, kasutades TFT-tagaplaadi metalli sidumisjõudu, kantakse kiibid PDM-i substraadilt TFT-tagaplaadile.
02
Laser Lift{0}}Off tehnoloogia
Lasermassiülekande esimene samm on laserlift{0}}off (LLO). Laserlift{2}}eemaldamise tootlikkus määrab otseselt kogu laserülekandeprotsessi lõpliku saagise. Mikro-LED-id kasutavad tavaliselt GaN-i epitaksiaalsete kihtide kasvatamiseks substraate, nagu Si ja safiir. Si ja GaN vahel on märkimisväärne võre ebakõla ja soojuspaisumisteguri erinevused, seetõttu kasutatakse Micro LED kiipide valmistamisel sagedamini safiirsubstraate.
Safiiri ribalaius on 9,9 eV, GaN on 3,39 eV ja AlN 6,2 eV. Lasertõstmise-põhimõte on kasutada lühikese-lainepikkusega laserit, mille footoni energia on suurem kui GaN ribalaius, kuid väiksem kui safiiri ja AlN ribalaius, kiiritades safiiri poolelt. Laser läbib safiiri ja AlN ning neeldub GaN pinnakihti. Selle protsessi käigus toimub pinna GaN termiline lagunemine. Kuna Ga sulamistemperatuur on umbes 30 kraadi, tekivad N2 ja vedel Ga ning N2 väljub, eraldades seeläbi mehaaniliselt GaN epitaksiaalse kihi safiirsubstraadist. Liideses toimuvat lagunemisreaktsiooni võib esitada järgmiselt:
Footonite energia valemi kohaselt peaks ülaltoodud tingimustele vastav laseri optimaalne lainepikkus olema järgmises vahemikus: 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.
Mikro-LED-dega täieliku-värvikiirguse saavutamiseks on vaja täpselt paigutada ja integreerida punased, rohelised ja sinised mikro-LED-kiibid samale aluspinnale, et luua pisikesi, kõrge eraldusvõimega{1}}värviekraani piksleid. LLO ei sobi aga ebaühtlaste 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 Laser Selective Lift{6}}Off (SLLO) tehnoloogia. See tehnoloogia sobib heterogeenseks integreerimiseks ja selektiivseks parandamiseks, ilma et oleks vaja keerulisi partiiprotsesse. Samuti saab see valikuliselt teisaldada mõnda eelnevalt-määratud LED-i ja parandada kahjustatud LED-e.
SLLO saavutatakse laseri abil, et eraldada valikuliselt Micro LED-kiipide ja substraadi liides. Tavaliselt kasutatakse valgusallikana ultraviolettvalgust. Lühikese-lainepikkusega valgus interakteerub materjaliga tugevamalt, võimaldades täpsemat-eemaldamise protsessi. Lisaks on ultraviolettkiirguse poolt väljatõstmisprotsessi ajal tekkiv soojus suhteliselt madal, mis vähendab termiliste kahjustuste ohtu.
Uniqarta on välja pakkunud suuremahulise-paralleellaseriga koorimise meetodi, nagu on näidatud joonisel 4. X-Y laserskanneri lisamisel ühe-impulsslaseri baasil hajutatakse üks laserkiir mitmeks kiireks, mis võimaldab suuremahulise-kiibi koorimist. See skeem suurendab märkimisväärselt ühe käiguga kooritud laastude arvu, saavutades koorimiskiiruse 100 M/h, ülekandetäpsuse ±34 μm ja hea defektide tuvastamise võime, mis sobib erinevate voolu suuruste ja materjalide ülekandmiseks.
03
Laserülekande tehnoloogia
Massiivse laserülekande teine etapp on laserülekanne, mis kannab kihistunud kiibi ajutiselt substraadilt tagaplaadile. Coherendi pakutud laser-indutseeritud edasisiirde (LIFT) tehnoloogia on tehnika, mis võimaldab paigutada erinevaid funktsionaalseid materjale ja struktuure kasutaja-määratletud mustritesse, mis võimaldab paigutada suures-struktuure või väikese suurusega seadmeid. Praegu on LIFT-tehnoloogia edukalt saavutanud erinevate elektrooniliste komponentide ülekandmise, 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. Laserablatsiooni või aurustamise teel suureneb dünaamilise vabastuskihi tekitatud kõrge rõhk kiiresti, kandes seeläbi kiibi templilt vastuvõtvale substraadile.
Pärast täiustusi töötas Uniqarta välja blister-põhise laser-indutseeritud edasiülekande tehnoloogia (BB-LIFT). Nagu on näidatud joonisel 6, seisneb erinevus selles, et laserkiirguse ajal eemaldatakse ainult väike osa DRL-st, et tekitada löögienergia saamiseks gaasi. DRL võib kapseldada lööklaine sees, luues laiendatud mulli, surudes kiipi õrnemalt vastuvõtva substraadi poole, mis võib parandada ülekande täpsust ja vähendada kahjustusi.
Templi mitte-korduvkasutatavus on oluline tegur, mis piirab BB-LIFT-i rakendamist. Kulutõhususe suurendamiseks on teadlased välja töötanud korduvkasutatava BB-LIFT-tehnika, mis põhineb korduvkasutatavate vormide disainil, nagu on näidatud joonisel 7. Tempel koosneb metallkihiga mikroõõnsusest, mille seinad on õõnsusseintega ja mikrostruktureeritud elastne liimvorm, mida kasutatakse kiibi kapseldamiseks ja mikrokapslite kinnitamiseks. 808 nm laseriga valgustamisel neelab metallikiht laserit ja tekitab soojust, põhjustades õõnsuses oleva õhu kiiret paisumist, deformeerides templit ja vähendades oluliselt selle nakkumist. Sel hetkel hõlbustab mullide moodustumise tekitatud löök kiibi eraldumist templist.
Suuremahulise-ülekandmise korral on ülesvõtmisel- vaja tugevat haardumist, et tagada töökindel omandamine, samas kui kleepuvus peab ülekande saavutamiseks olema paigutuse ajal võimalikult madal. Seetõttu seisneb võtmetehnoloogia adhesiooni lülitussuhte parandamises. Teadlased on liimikihi sisse pannud laienevad mikrosfäärid ja kasutanud välise termilise stimulatsiooni tekitamiseks laserküttesüsteemi. Korjamisprotsessi ajal- tagavad väikese-suurusega manustatud laienevad mikrosfäärid liimikihi pinna tasasuse, samas kui mõju liimikihi tugevale nakkumisele võib tähelepanuta jätta. Ülekandeprotsessi käigus kantakse laserküttesüsteemi tekitatud 90-kraadine väline termiline stimulatsioon kiiresti liimikihile, põhjustades sisemiste mikrosfääride kiiret paisumist, nagu on näidatud joonisel 8. Selle tulemuseks on mikro{10}}liftstruktuur pinnal, mis vähendab oluliselt pinna adhesiooni ja saavutab usaldusväärse vabanemise.
Suuremahulise-mahu ülekande saavutamiseks leidsid teadlased, et ülekanne sõltub TRT ja funktsionaalse seadme vahelise adhesiooni kõikumisest ning seda juhivad temperatuuriparameetrid, nagu on näidatud joonisel 9. Kui temperatuur on alla kriitilise temperatuuri Tr, ületab TRT/funktsionaalse seadme energia vabanemise kiirus funktsionaalse seadme/allikasubstraadi kriitilise energia vabanemise kiiruse, mistõttu TRT liideses levivad praod/funktsionaalse seadmega. Ülekandeprotsessi ajal tõstab laserkuumutamine temperatuuri üle kriitilise temperatuuri Tr, muutes TRT / funktsionaalse seadme energia vabanemise kiiruse madalamaks kui funktsionaalse seadme / sihtsubstraadi kriitiline energia vabanemise kiirus, kandes seeläbi funktsionaalse seadme edukalt sihtsubstraadile.
