01
Въведение
Micro LED технологията, като авангардна-област на следващо-поколение технология за дисплеи, получава широко внимание и изследвания. В сравнение с традиционните дисплеи с течни кристали и органични -диоди, излъчващи светлина (OLED), микро светодиодите предлагат по-висока яркост, по-висок контраст и по-широка цветова гама, като същевременно консумират по-малко енергия и имат по-дълъг живот. Това дава на микро светодиодите значителен потенциал в телевизори, смартфони, малки носими устройства, екрани на-автомобили и приложения за AR/VR. Сравнение на параметрите между Micro LED, LCD и OLED.
Преносът на маса е ключова стъпка в прехвърлянето на Micro LED чипове от растежния субстрат към целевия субстрат. Поради високата плътност и малкия размер на Micro LED чиповете, традиционните методи за прехвърляне се борят да отговорят на изискванията за високо-прецизен пренос. Постигането на дисплейна матрица, съчетаваща Micro LED с верижно задвижване, изисква множество прехвърляния на маса на Micro LED чипове (поне от сапфирена подложка → временна подложка → нова подложка), с голям брой прехвърляни чипове всеки път, което изисква висока стабилност и точност на процеса на прехвърляне. Лазерният масов трансфер е техника за прехвърляне на Micro LED чипове от естествения сапфирен субстрат към целевия субстрат. Първо, чиповете се отделят от естествения сапфирен субстрат чрез лазерно повдигане; след това се извършва аблация върху целевия субстрат, за да се даде възможност чиповете да бъдат прехвърлени върху субстрат с адхезивни материали (като полидиметилсилоксан). Накрая, използвайки силата на метално свързване върху TFT задната платка, чиповете се прехвърлят от PDM субстрата към TFT задната платка.
02
Технология за-лазерно повдигане
Първата стъпка от лазерния масов трансфер е лазерно повдигане (LLO). Добивът на лазерно повдигане директно определя крайния добив на целия процес на лазерен трансфер. Микро светодиодите обикновено използват субстрати като Si и сапфир за отглеждане на GaN епитаксиални слоеве за производство. Има значително несъответствие на решетката и разлики в коефициента на топлинно разширение между Si и GaN, така че сапфирените субстрати се използват по-често при подготовката на микро LED чипове.
Забранената зона на сапфира е 9,9 eV, GaN е 3,39 eV, а AlN е 6,2 eV. Принципът на лазерното повдигане-е да се използва лазер с къса-дължина на вълната с фотонна енергия, по-голяма от ширината на лентата GaN, но по-малка от ширината на лентата на сапфира и AlN, излъчващ от страната на сапфира. Лазерът преминава през сапфира и AlN и се абсорбира от повърхностния слой GaN. По време на този процес повърхността на GaN претърпява термично разлагане. Тъй като точката на топене на Ga е около 30 градуса, се генерират N2 и течен Ga и N2 излиза, като по този начин механично отделя епитаксиалния слой GaN от сапфировата подложка. Реакцията на разлагане, протичаща на интерфейса, може да бъде представена като:
Съгласно формулата за фотонната енергия, оптималната лазерна дължина на вълната, която отговаря на горните условия, трябва да бъде в следния диапазон: 125 nm < 209 nm По-малко или равно на λ По-малко или равно на 365 nm. Изследванията показват, че ширината на лазерния импулс, дължината на лазерната вълна и плътността на лазерната енергия са ключови фактори за постигане на процеса на лазерна аблация.
За да се постигне пълно{0}}цветно излъчване с микро светодиоди, е необходимо прецизно да се подредят и интегрират червени, зелени и сини микро светодиодни чипове върху една и съща подложка, за да се създадат малки пиксели на цветния дисплей с висока-разделителна способност. LLO обаче не е подходящ за селективно интегриране на не-еднородни червени, зелени и сини Micro LED устройства. Освен това, селективното поправяне на малък брой повредени Micro LED чипове е от решаващо значение за подобряване на добива на дисплейни продукти. Поради това се появи технологията за лазерно селективно повдигане-Off (SLLO). Тази технология е подходяща за хетерогенна интеграция и селективен ремонт, без да изисква сложни партидни процеси. Може също така избирателно да прехвърля някои предварително-специфицирани светодиоди и да поправя повредени светодиоди.
SLLO се постига чрез използване на лазер за селективно разделяне на интерфейса между Micro LED чиповете и субстрата. Ултравиолетовата светлина обикновено се използва като източник на светлина. Светлината с къса-дължина на вълната взаимодейства по-силно с материала, позволявайки по-прецизен-процес на повдигане. Освен това топлината, генерирана от ултравиолетова светлина по време на процеса на повдигане, е сравнително ниска, което намалява риска от термично увреждане.
Uniqarta предложи-мащабен метод за паралелно лазерно ексфолиране, както е показано на Фигура 4. Чрез добавяне на X-Y лазерен скенер на базата на един-импулсен лазер, единичен лазерен лъч се дифрагира на множество лъчи, което позволява широко-ексфолиране на чипове. Тази схема значително увеличава броя на ексфолираните чипове в един цикъл, постигайки скорост на ексфолиране от 100 M/h, точност на трансфер от ±34 μm и добра способност за откриване на дефекти, подходящи за трансфер на различни текущи размери и материали.
03
Технология за лазерен трансфер
Втората стъпка от лазерния масивен трансфер е лазерният трансфер, който прехвърля разслоения чип от временния субстрат към задната платка. Лазерно{1}}индуцираната технология за прехвърляне напред (LIFT), предложена от Coherent, е техника, която може да постави различни функционални материали и структури в-дефинирани от потребителя шаблони, което позволява широко{3}}разполагане на структури или устройства с малки размери на характеристиките. Понастоящем технологията LIFT успешно постигна трансфер на различни електронни компоненти с размери от 0,1 до над 6 mm2. Фигура 5 показва типичен LIFT процес. В процеса LIFT лазерът преминава през прозрачния субстрат и се абсорбира от динамичния освобождаващ слой. Чрез лазерна аблация или изпаряване, високото налягане, генерирано от динамичния освобождаващ слой, бързо се увеличава, като по този начин прехвърля чипа от щампата към приемащия субстрат.
След подобрения Uniqarta разработи блистерна-базирана лазерно-технология за преден трансфер (BB-LIFT). Както е показано на фигура 6, разликата се състои в това, че по време на лазерно облъчване само малка част от DRL се аблира, за да генерира газ, за да осигури енергия на удара. DRL може да капсулира ударната вълна вътре, като създаде разширен блистер, натискайки чипа по-внимателно към приемащия субстрат, което може да подобри точността на прехвърляне и да намали щетите.
Не-повторната употреба на печата е важен фактор, ограничаващ приложението на BB-LIFT. За да подобрят-ефективността на разходите, изследователите са разработили техника BB-LIFT за многократна употреба, базирана на дизайна на форми за многократна употреба, както е показано на Фигура 7. Печатът се състои от микрокухина с метален слой, със стени на кухина и микроструктурирана еластична адхезивна форма, използвана за капсулиране на микрокухината и свързване на чипа. При осветяване от 808 nm лазер, металният слой абсорбира лазера и генерира топлина, което кара въздуха вътре в кухината да се разширява бързо, деформирайки печата и значително намалявайки неговата адхезия. В този момент въздействието, генерирано от образуването на мехурчета, улеснява отделянето на чипа от щампата.
При-трансфер в голям мащаб е необходима силна адхезия по време на-вдигане, за да се осигури надеждно придобиване, докато адхезията трябва да е възможно най-ниска по време на поставянето, за да се постигне трансфер. Следователно ключовата технология се крие в подобряването на коефициента на превключване на адхезията. Изследователите са вградили разширяващи се микросфери в адхезивния слой и са използвали система за лазерно нагряване, за да генерират външна термична стимулация. По време на-процеса на захващане вградените-разширяеми микросфери с малък- размер осигуряват плоскостта на повърхността на адхезивния слой, докато ефектът върху силната адхезия на адхезивния слой може да бъде пренебрегнат. По време на процеса на прехвърляне 90-градусовата външна термична стимулация, генерирана от лазерната нагревателна система, бързо се прехвърля към адхезивния слой, което води до бързо разширяване на вътрешните микросфери, както е показано на Фигура 8. Това води до структура на микро-повдигане на повърхността, което значително намалява адхезията на повърхността и постига надеждно освобождаване.
За постигане на -мащабен трансфер изследователите откриха, че трансферът зависи от промяната в адхезията между TRT и функционалното устройство и се контролира от температурни параметри, както е показано на Фигура 9. Когато температурата е под критичната температура Tr, скоростта на освобождаване на енергия на TRT/функционалното устройство надвишава критичната скорост на освобождаване на енергия на субстрата на функционалното устройство/източника, което води до разпространение на пукнатини в интерфейса TRT/функционално устройство, като по този начин избира до функционалното устройство. По време на процеса на прехвърляне лазерното нагряване повишава температурата над критичната температура Tr, което прави скоростта на освобождаване на енергия на TRT/функционалното устройство по-ниска от критичната скорост на освобождаване на енергия на функционалното устройство/целевия субстрат, като по този начин успешно прехвърля функционалното устройство върху целевия субстрат.
