1.Mikro-LED-tekniikka, joka on uuden sukupolven näyttötekniikan-rajoja, saa laajaa huomiota ja tutkimusta. Verrattuna perinteisiin nestekidenäyttöihin ja orgaanisiin valo{3}}diodeihin (OLED), Micro LED tarjoaa suuremman kirkkauden, suuremman kontrastin ja laajemman väriskaalan, samalla kun sillä on pienempi energiankulutus ja pidempi käyttöikä. Tämä antaa Micro LEDille valtavan potentiaalin esimerkiksi televisioissa, älypuhelimissa, pienikokoisissa älypuhelimissa,-autojen näytöissä ja AR/VR:ssä. Parametrien vertailu Micro LEDin, LCD:n ja OLEDin välillä on esitetty kuvassa 1.
Massansiirto on avainvaihe siirrettäessä Micro LED -siruja kasvualustalta kohdealustalle. Micro LED -sirujen suuren tiheyden ja pienen koon vuoksi perinteiset siirtomenetelmät eivät pysty täyttämään korkeita tarkkuusvaatimuksia. Mikro-LEDit ja piiriohjaimet yhdistävän näyttöjärjestelmän saavuttaminen edellyttää Micro LED -sirujen useita massasiirtoja (ainakin safiirialustan tilapäiseltä alustalta uudelle alustalle), jolloin suuri määrä siruja siirretään joka kerta, mikä asettaa korkeat vaatimukset siirtoprosessin vakaudelle ja tarkkuudelle. Lasermassansiirto on tekniikka, jolla siirretään Micro LED-siruja alkuperäisestä safiirisubstraatista kohdesubstraattiin. Ensin lastut erotetaan alkuperäisestä safiirisubstraatista laserkuorintamalla; sitten kohdesubstraatille suoritetaan ablaatiokäsittely lastujen siirtämiseksi alustalle, jossa on tahmeaa materiaalia (kuten polydimetyylisiloksaania). Lopuksi sirut siirretään PDM-substraatilta TFT-taustalevylle käyttämällä metallin sidosvoimaa TFT-taustalevyssä.
02 Laserkuorintatekniikka
Lasermassasiirron ensimmäinen vaihe on laserkuorinta (LLO). Laserkuorinnan tuotto määrää suoraan koko lasersiirtoprosessin lopullisen tuoton. Mikro-LED:t käyttävät tyypillisesti substraatteja, kuten Si:tä ja safiiria, kasvattamaan GaN-epitaksiaalikerroksia valmistusta varten. On olemassa merkittäviä ongelmia, kuten suuri ristikon yhteensopivuus ja erot lämpölaajenemiskertoimissa Si-materiaalien ja GaN:n välillä; siksi safiirisubstraatteja käytetään yleisemmin valmistettaessa Micro LED -siruja. Safiirin kaistaväli on 9,9 eV, GaN on 3,39 eV ja AlN on 6,2 eV. Laserkuorinnan periaatteessa käytetään lyhytaaltoisia{8}}lasereita, joiden fotonienergia on suurempi kuin GaN-energiakaistan väli, mutta pienempi kuin safiirin ja AlN:n kaistanväli, ja jotka säteilyttävät safiirin puolelta. Laser kulkee safiirin ja AlN:n läpi, minkä jälkeen pinta GaN absorboi sen. Tämän prosessin aikana pinnan GaN käy läpi lämpöhajoamisen, ja koska Ga:n sulamispiste on noin 30 astetta, N2:ta ja nestemäistä Ga:ta syntyy, jolloin N2 karkaa, jolloin GaN-epitaksiaalinen kerros erottuu safiirisubstraatista mekaanisen voiman avulla. Rajapinnassa tapahtuva hajoamisreaktio voidaan esittää seuraavasti:
Fotonienergian kaavan mukaan optimaalisen laseraallonpituuden, joka täyttää yllä olevat ehdot, tulisi olla seuraavalla alueella: 125 nm < 209 nm Pienempi tai yhtä suuri kuin λ Pienempi tai yhtä suuri kuin 365 nm. Tutkimukset osoittavat, että laserpulssin leveys, laserin aallonpituus ja laserenergian tiheys ovat avaintekijöitä laserablaatioprosessin saavuttamisessa.
Täysvärisen-mikro-LED-valaistuksen toteuttamiseksi on välttämätöntä järjestää ja integroida tarkasti punaisen, vihreän ja sinisen väriset Micro LED -sirut samalle alustalle, jotta saadaan pieni, korkearesoluutioinen värinäyttöpikseli. Laser Lift-Off (LLO) -menetelmä ei sovellu epätasaisten punaisten, vihreiden ja sinisten mikro-LED-laitteiden selektiiviseen integrointiin. Lisäksi pienen määrän vaurioituneiden Micro LED -sirujen valikoiva korjaaminen on ratkaisevan tärkeää näyttötuotteiden tuoton parantamiseksi. Siksi Selective Laser Lift-Off (SLLO) -tekniikka on syntynyt. Tätä tekniikkaa voidaan soveltaa heterogeeniseen integrointiin ja valikoivaan korjaukseen ilman monimutkaista eräkäsittelymenettelyä. Se voi myös siirtää valikoivasti tiettyjä ennalta määrättyjä{10}}LED-valoja ja korjata vaurioituneita LEDejä. SLLO käyttää lasersäteilyä mikro-LED-sirujen selektiiviseen kuorimiseen alustan rajapinnasta. Valonlähteenä käytetään yleensä ultraviolettivaloa. Lyhyempi aallonpituus valo vuorovaikuttaa voimakkaammin materiaalien kanssa, mikä mahdollistaa tarkemman kuorintaprosessin. Lisäksi kuorintaprosessin aikana ultraviolettivalolla syntyvä lämpö on suhteellisen alhainen, mikä vähentää lämpövaurioiden riskiä.
Uniqarta on ehdottanut suuren-mittakaavan rinnakkaislaserkuorintamenetelmää, kuten kuvassa 4. Lisäämällä X-Y-laserskannerin yksittäispulssilaseriin yksi lasersäde taittuu useiksi lasersäteiksi, mikä mahdollistaa sirujen suuren -mittakaavan kuorimisen. Tämä menetelmä lisää merkittävästi yhdellä toimenpiteellä kuorittujen lastujen määrää, saavuttaen kuoriutumisnopeuden 100 M/h, siirtotarkkuudella ±34 μm, ja sillä on hyvät vikojen havaitsemisominaisuudet, joten se soveltuu erikokoisten ja eri materiaalien siirtoon tällä hetkellä.
3 Lasersiirtotekniikka
Lasermassiivisen siirron toinen vaihe on lasersiirto, jossa kuoritut sirut siirretään väliaikaiselta alustalta taustalevylle. Coherentin ehdottama laser-induced forward transfer (LIFT) -tekniikka on menetelmä, jolla voidaan sijoittaa erilaisia toiminnallisia materiaaleja ja rakenteita käyttäjän-määrittämiin malleihin, mikä mahdollistaa pienikokoisten rakenteiden tai laitteiden suuren-sijoittelun. Tällä hetkellä LIFT-teknologialla on onnistuttu siirtämään erilaisia elektronisia komponentteja, joiden koko vaihtelee 0,1 - yli 6 mm². Kuva 5 esittää tyypillistä LIFT-prosessia. LIFT-prosessissa laser kulkee läpinäkyvän substraatin läpi ja absorboituu dynaamiseen vapautuskerrokseen. Laserin ablatiivisen tai höyrystyvän vaikutuksen vuoksi dynaamisen irrotuskerroksen synnyttämä korkea paine kasvaa nopeasti, jolloin siru siirtyy leimasta vastaanottavalle alustalle.
Parannusten jälkeen Uniqarta kehitti rakkuloihin perustuvan laser{0}}indusoidun eteenpäinsiirtoteknologian (BB-LIFT). Kuten kuvasta 6 näkyy, ero on siinä, että lasersäteilytyksen aikana vain pieni osa DRL:stä poistetaan ja tuottaa kaasua iskuenergian tuottamiseksi. DRL voi kapseloida iskuaallon laajenevaan rakkulaan työntäen sirua varovasti vastaanottavaa substraattia kohti, mikä voi parantaa siirtotarkkuutta ja vähentää vaurioita.
Leiman -uudelleenkäytettävyys on merkittävä tekijä, joka rajoittaa BB-LIFT:n käyttöä. Kustannustehokkuuden parantamiseksi tutkijat kehittivät uudelleenkäytettävien BB-LIFT-teknologian, joka perustuu uudelleenkäytettävien leimasinten suunnitteluun, kuten kuvassa 7. Leima koostuu metallikerroksisista mikroonteloista, joissa on ontelon seinämät ja elastinen liimamuotti, jossa on mikrorakenteita, joita käytetään lastujen koteloimiseen ja mikrokoteloiden kiinnittämiseen. Kun metallikerros säteilytetään 808 nm:n laserilla, se absorboi laserin ja tuottaa lämpöä, jolloin ontelon sisällä oleva ilma laajenee nopeasti, mikä johtaa leiman muodonmuutokseen ja vähentää merkittävästi sen tarttuvuutta. Tässä vaiheessa kuplimisen aiheuttama isku saa sirun irtoamaan leimasta.
Suuren-mittakaavan siirrossa tarvitaan vahvaa tarttuvuutta poiminnan aikana luotettavan talteenoton varmistamiseksi. asennuksen aikana tartunnan tulee olla mahdollisimman minimaalinen siirron saavuttamiseksi, joten tekniikan ydin on adheesiovoiman vaihtosuhteen parantaminen. Tutkijat upotivat laajennettavia mikropalloja liimakerrokseen ja käyttivät laserlämmitysjärjestelmää ulkoisten lämpöärsykkeiden tuottamiseen. Poimintaprosessin aikana pienikokoiset upotetut laajennettavat mikropallot varmistavat liimakerroksen pinnan tasaisuuden, mutta vaikutus liimakerroksen vahvaan tarttumiseen voidaan jättää huomiotta. Kuitenkin siirtoprosessin aikana laserlämmitysjärjestelmän tuottama ulkoinen 90 asteen lämpöärsyke siirtyy nopeasti liimakerrokseen, jolloin sisäiset mikropallot laajenevat nopeasti, kuten kuvassa 8 näkyy. Tämä johtaa kerroksiseen mikro{7}}karkeaan rakenteeseen pinnalle, mikä vähentää merkittävästi pinnan tarttumista ja saavuttaa luotettavan vapautumisen.
Suuren{0}}mittakaavan siirron saavuttamiseksi tutkijat havaitsivat, että siirto riippuu TRT:n ja toiminnallisen laitteen välisen adheesion muutoksesta ja sitä ohjataan lämpötilaparametreilla, kuten kuvassa 9. Kun lämpötila on kriittisen lämpötilan Tr alapuolella, TRT:n/toiminnallisen laitteen energian vapautumisnopeus on suurempi kuin toiminnallisen laitteen/lähdesubstraatin kriittinen energian vapautumisnopeus, jolloin halkeamia TRT-laitteen rajapinnassa on taipumus levitä. ylös. Siirtoprosessin aikana lämpötila nostetaan kriittisen lämpötilan Tr yläpuolelle laserlämmityksellä ja TRT/toiminnallisen laitteen energian vapautumisnopeus on pienempi kuin toiminnallisen laitteen/kohdealustan kriittinen energian vapautumisnopeus, jolloin toiminnallinen laite voidaan siirtää onnistuneesti kohdesubstraattiin.
