01
Johdanto
Mikro-LED-tekniikka, joka on -seuraavan sukupolven-näyttötekniikan huippuluokan ala, saa laajaa huomiota ja tutkimusta. Verrattuna perinteisiin nestekidenäyttöihin ja orgaanisiin valo{3}}diodeihin (OLED), mikro-LEDit tarjoavat suuremman kirkkauden, suuremman kontrastin ja laajemman väriskaalan, samalla kun ne kuluttavat vähemmän virtaa ja niillä on pidempi käyttöikä. Tämä antaa Micro-LED:ille merkittävää potentiaalia televisioissa, älypuhelimissa, pienissä puettavissa laitteissa,{5}}ajoneuvojen näytöissä ja AR/VR-sovelluksissa. Parametrien vertailu Micro LEDin, LCD:n ja OLEDin välillä.
Massansiirto on avainvaihe siirrettäessä Micro LED -siruja kasvualustalta kohdealustalle. Mikro-LED-sirujen suuren tiheyden ja pienen koon vuoksi perinteiset siirtomenetelmät eivät pysty täyttämään korkean-tarkkuuden vaatimuksia. Micro LEDin ja piiriohjaimen yhdistävän näyttöryhmän saavuttaminen vaatii useita Micro LED -sirujen massasiirtoja (ainakin safiirialustalta → väliaikainen substraatti → uusi substraatti), jolloin joka kerta siirretään suuri määrä siruja, mikä vaatii siirtoprosessin suurta vakautta ja tarkkuutta. Lasermassansiirto on tekniikka mikro-LED-sirujen siirtämiseksi alkuperäisestä safiirisubstraatista kohdesubstraattiin. Ensinnäkin sirut erotetaan alkuperäisestä safiirisubstraatista laserlift{5}}pois; sitten kohdesubstraatille suoritetaan ablaatio, jotta lastut voidaan siirtää alustalle, jossa on liimamateriaaleja (kuten polydimetyylisiloksaani). Lopuksi, käyttämällä TFT-taustalevyssä olevaa metallin sidosvoimaa, sirut siirretään PDM-substraatilta TFT-taustalevylle.
02
Laser Lift{0}}Off Technology
Lasermassansiirron ensimmäinen vaihe on laserlift{0}}off (LLO). Laser{2}}nousun tuotto määrää suoraan koko lasersiirtoprosessin lopullisen tuoton. Mikro-LED:t käyttävät tyypillisesti substraatteja, kuten Si:tä ja safiiria, kasvattamaan GaN-epitaksiaalikerroksia valmistusta varten. Si:n ja GaN:n välillä on merkittäviä ristikko- ja lämpölaajenemiskertoimien eroja, joten safiirisubstraatteja käytetään yleisemmin Micro LED -sirujen valmistuksessa.
Safiirin kaistaväli on 9,9 eV, GaN on 3,39 eV ja AlN 6,2 eV. Laserin nousun-periaatteena on käyttää lyhytaalto Laser kulkee safiirin ja AlN:n läpi ja absorboituu GaN-pintakerrokseen. Tämän prosessin aikana pinnan GaN läpikäy lämpöhajoamisen. Koska Ga:n sulamispiste on noin 30 astetta, muodostuu N2:ta ja nestemäistä Ga:ta ja N2 karkaa, jolloin GaN-epitaksinen kerros mekaanisesti erottuu safiirisubstraatista. 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, laseraallonpituus ja laserenergian tiheys ovat avaintekijöitä laserablaatioprosessin saavuttamisessa.
Täydellisen-värisäteilyn saavuttamiseksi mikro-LED:illä on välttämätöntä järjestää ja integroida punaiset, vihreät ja siniset Micro LED -sirut tarkasti samalle alustalle pienten, korkearesoluutioisten värinäyttöpikseleiden luomiseksi. LLO ei kuitenkaan sovellu epätasaisten punaisten, vihreiden ja sinisten mikro-LED-laitteiden valikoivaan integrointiin. Lisäksi pienen määrän vaurioituneiden Micro LED -sirujen valikoiva korjaaminen on ratkaisevan tärkeää näyttötuotteiden tuoton parantamiseksi. Siksi Laser Selective Lift{6}}Off (SLLO) -tekniikka on tullut esiin. Tämä tekniikka soveltuu heterogeeniseen integrointiin ja valikoivaan korjaukseen ilman monimutkaisia eräprosesseja. Se voi myös valikoivasti siirtää joitain ennalta määritettyjä-LED-valoja ja korjata vaurioituneita LEDejä.
SLLO saavutetaan käyttämällä laseria erottamaan valikoivasti Micro LED -sirujen ja alustan välinen rajapinta. Ultraviolettivaloa käytetään yleisesti valonlähteenä. Lyhyen-aallonpituuden valo on voimakkaammin vuorovaikutuksessa materiaalin kanssa, mikä mahdollistaa tarkemman nostoprosessin-. Lisäksi ultraviolettivalon tuottama lämpö on suhteellisen alhainen nostoprosessin aikana, mikä vähentää lämpövaurioiden riskiä.
Uniqarta on ehdottanut suuren-mittakaavan rinnakkaislaserkuorintamenetelmää, kuten kuvassa 4. Kun lisätään X-Y-laserskanneri yhteen-pulssilaserin pohjalta, yksi lasersäde taittuu useiksi säteiksi, mikä mahdollistaa suuren-sirun kuorinnan. Tämä menetelmä lisää merkittävästi yhdellä ajolla kuorittujen lastujen määrää saavuttaen 100 M/h kuoriutumisnopeuden, ±34 μm:n siirtotarkkuuden ja hyvän viantunnistuskyvyn, joka soveltuu erikokoisten ja erilaisten materiaalien siirtoon.
03
Lasersiirtotekniikka
Lasermassiivisen siirron toinen vaihe on lasersiirto, joka siirtää delaminoituneen sirun väliaikaiselta alustalta taustalevylle. Coherentin ehdottama laser-induced forward transfer (LIFT) -tekniikka on tekniikka, jolla voidaan sijoittaa erilaisia toiminnallisia materiaaleja ja rakenteita käyttäjän-määrittämiin kuvioihin, mikä mahdollistaa rakenteiden tai laitteiden suuren-sijoittelun pienikokoisilla ominaisuuksilla. Tällä hetkellä LIFT-teknologialla on onnistuttu siirtämään erilaisia elektronisia komponentteja, joiden koko vaihtelee 0,1:stä yli 6 mm2:iin. Kuva 5 esittää tyypillistä LIFT-prosessia. LIFT-prosessissa laser kulkee läpinäkyvän substraatin läpi ja absorboituu dynaamiseen vapautuskerrokseen. Laserablaation tai höyrystyksen avulla dynaamisen irrotuskerroksen synnyttämä korkea paine kasvaa nopeasti, jolloin siru siirtyy leimasta vastaanottavalle alustalle.
Parannusten jälkeen Uniqarta kehitti rakkula-pohjaisen laser-indusoidun eteenpäinsiirtoteknologian (BB-LIFT). Kuten kuvassa 6 esitetään, ero on siinä, että lasersäteilytyksen aikana vain pieni osa DRL:stä poistetaan kaasun tuottamiseksi iskuenergian tuottamiseksi. DRL voi kapseloida shokkiaallon sisään luomalla laajentuneen rakkulan, joka työntää sirua kevyemmin vastaanottavaa substraattia kohti, mikä voi parantaa siirtotarkkuutta ja vähentää vaurioita.
Leiman ei{0}}käytettävyys uudelleen on tärkeä tekijä, joka rajoittaa BB-LIFTin käyttöä. Kustannustehokkuuden parantamiseksi tutkijat ovat kehittäneet uudelleenkäytettävän BB-LIFT-tekniikan, joka perustuu uudelleenkäytettävien muottien suunnitteluun, kuten kuvassa 7. Leima koostuu metallikerroksella varustetusta mikroontelosta, jossa on ontelon seinät ja mikrorakenteinen elastinen liimamuotti, jota käytetään lastujen koteloimiseen ja tiivistämiseen. 808 nm:n laserilla valaistussa metallikerros absorboi laseria ja tuottaa lämpöä, jolloin ontelon sisällä oleva ilma laajenee nopeasti, muuttaa leiman muotoa ja vähentää huomattavasti sen tarttuvuutta. Tässä vaiheessa kuplan muodostumisen aiheuttama isku helpottaa sirun irtoamista leimasta.
Suuressa-mittakaavaisessa siirrossa vaaditaan vahvaa tartuntaa noudon aikana-luotettavan keräämisen varmistamiseksi, kun taas tartunnan on oltava mahdollisimman alhainen sijoituksen aikana siirron saavuttamiseksi. Siksi avainteknologia on adheesion kytkentäsuhteen parantaminen. Tutkijat ovat upottaneet laajennettavia mikropalloja liimakerrokseen ja käyttäneet laserlämmitysjärjestelmää ulkoisen lämpöstimulaation luomiseen. Poimintaprosessin aikana-pienikokoiset upotetut laajennettavat mikropallot varmistavat liimakerroksen pinnan tasaisuuden, kun taas vaikutus liimakerroksen vahvaan tarttumiseen voidaan jättää huomiotta. Siirtoprosessin aikana laserlämmitysjärjestelmän tuottama 90 asteen ulkoinen lämpöstimulaatio siirtyy nopeasti liimakerrokseen, jolloin sisäiset mikropallot laajenevat nopeasti, kuten kuvassa 8 näkyy. Tämä johtaa mikro{10}}nostorakenteeseen pinnalla, mikä vähentää merkittävästi pinnan tarttumista ja saavuttaa luotettavan vapautumisen.
Suuren-mittakaavan siirron saavuttamiseksi tutkijat havaitsivat, että siirto riippuu TRT:n ja toiminnallisen laitteen välisen adheesion vaihtelusta, ja sitä ohjataan lämpötilaparametreilla, kuten kuvassa 9. Kun lämpötila on kriittisen lämpötilan Tr alapuolella, TRT:n/toiminnallisen laitteen energian vapautumisnopeus ylittää toiminnallisen laitteen/lähdesubstraatin kriittisen energian vapautumisnopeuden, mikä aiheuttaa halkeamien leviämisen TRT:n/toiminnallisen laitteen kautta. Siirtoprosessin aikana laserlämmitys nostaa lämpötilan kriittisen lämpötilan Tr yläpuolelle, jolloin TRT:n/toiminnallisen laitteen energian vapautumisnopeus on pienempi kuin toiminnallisen laitteen/kohdealustan kriittisen energian vapautumisnopeus, jolloin toiminnallinen laite siirretään onnistuneesti kohdesubstraatille.
