01
Bevezetés
A Micro LED technológia, mint a következő generációs-generációs kijelzőtechnológia élvonalbeli-területe, széles körű figyelmet és kutatást kap. A hagyományos folyadékkristályos kijelzőkkel és szerves fénykibocsátó diódákkal (OLED) összevetve a Micro LED-ek nagyobb fényerőt, nagyobb kontrasztot és szélesebb színskálát kínálnak, ugyanakkor kevesebb energiát fogyasztanak és hosszabb élettartammal rendelkeznek. Ez jelentős potenciált biztosít a Micro LED-ekben a televíziókban, okostelefonokban, kis hordható eszközökben,{5}}járművek képernyőiben és AR/VR alkalmazásokban. A Micro LED, az LCD és az OLED paramétereinek összehasonlítása.
A tömegátvitel kulcsfontosságú lépés a Micro LED chipek átvitelében a növekedési hordozóról a célhordozóra. A Micro LED chipek nagy sűrűsége és kis mérete miatt a hagyományos átviteli módszerek nehezen tudnak megfelelni a nagy-precíziós átvitel követelményeinek. A Micro LED-et áramköri meghajtóval kombináló kijelzőtömb eléréséhez Micro LED chipek többszöri tömegátvitelére van szükség (legalábbis zafír hordozóról → ideiglenes hordozóról → új hordozóról), minden alkalommal nagyszámú chip átvitelével, ami az átviteli folyamat nagy stabilitását és pontosságát követeli meg. A lézeres tömegátvitel a Micro LED chipek natív zafír hordozóról a célhordozóra történő átvitelére szolgáló technika. Először is, a forgácsokat a natív zafír szubsztrátumtól lézeres emeléssel{5}}választják el; ezután ablációt hajtanak végre a célhordozón, hogy lehetővé tegyék a forgácsok átvitelét egy ragasztóanyaggal (például polidimetil-sziloxánnal) ellátott szubsztrátumra. Végül a TFT hátlapon lévő fém kötőerő segítségével a chipek a PDM hordozóról a TFT hátlapra kerülnek.
02
Laser Lift{0}}Off technológia
A lézeres tömegátvitel első lépése a lézeres emelés{0}}kikapcsolása (LLO). A lézeres kiemelkedés-hozama közvetlenül meghatározza a teljes lézerátviteli folyamat végső hozamát. A mikro LED-ek általában olyan szubsztrátokat használnak, mint például a Si és a zafír, hogy GaN epitaxiális rétegeket növesztjenek a gyártáshoz. A Si és GaN között jelentős a rácshibák és a hőtágulási együttható különbségek, ezért a zafír szubsztrátumokat gyakrabban használják a Micro LED chipek készítésénél.
A zafír sávszélessége 9,9 eV, a GaN 3,39 eV, az AlN pedig 6,2 eV. A lézeres kiemelkedés-elve egy rövid-hullámhosszú lézer használata, amelynek fotonenergiája nagyobb, mint a GaN sávszélesség, de kisebb, mint a zafír és az AlN sávszélessége, és amely a zafír oldalról sugároz be. A lézer áthalad a zafíron és az AlN-on, és elnyeli a GaN felületi rétegben. A folyamat során a felületi GaN hőbomláson megy keresztül. Mivel a Ga olvadáspontja körülbelül 30 fok, N2 és folyékony Ga keletkezik, és N2 távozik, ezáltal mechanikusan elválasztja a GaN epitaxiális réteget a zafír szubsztrátumtól. A határfelületen lezajló bomlási reakció a következőképpen ábrázolható:
A fotonenergia képlete szerint a fenti feltételeknek megfelelő optimális lézerhullámhossznak a következő tartományban kell lennie: 125 nm < 209 nm Kisebb vagy egyenlő, mint λ Kisebb vagy egyenlő, mint 365 nm. A kutatások azt mutatják, hogy a lézerimpulzus szélessége, a lézer hullámhossza és a lézerenergia sűrűsége kulcsfontosságú tényezők a lézeres ablációs folyamat elérésében.
A Micro LED-ekkel való teljes-színkibocsátás eléréséhez pontosan el kell helyezni és integrálni a piros, zöld és kék Micro LED chipeket ugyanazon a hordozón, hogy apró, nagy{1}}felbontású színes kijelző képpontokat hozzon létre. Az LLO azonban nem alkalmas a nem egységes piros, zöld és kék Micro LED eszközök szelektív integrálására. Ezenkívül néhány sérült Micro LED chip szelektív javítása kulcsfontosságú a kijelzőtermékek hozamának növelése szempontjából. Ezért megjelent a Laser Selective Lift{6}}Off (SLLO) technológia. Ez a technológia alkalmas heterogén integrációra és szelektív javításra, anélkül, hogy bonyolult szakaszos folyamatokat igényelne. Szelektíven képes átvinni néhány előre-előre meghatározott LED-et, és megjavítani a sérült LED-eket.
Az SLLO-t lézer segítségével érik el a Micro LED chipek és a hordozó közötti interfész szelektív elválasztására. Fényforrásként általában ultraibolya fényt használnak. A rövid-hullámhosszú fény erősebben kölcsönhatásba lép az anyaggal, lehetővé téve a pontosabb-kiemelkedési folyamatot. Ezenkívül az ibolyántúli fény által az emelési folyamat során keletkező hő viszonylag alacsony, ami csökkenti a hőkárosodás kockázatát.
Az Uniqarta egy nagy-léptékű párhuzamos lézeres hámlasztási módszert javasolt, a 4. ábrán látható módon. Egy X-Y lézerszkenner hozzáadásával egyetlen-impulzuslézeren, egyetlen lézersugarat több sugárra szór, lehetővé téve a nagy-méretű forgácshámlasztást. Ez a séma jelentősen megnöveli az egy menetben hámlasztott forgácsok számát, 100 M/h hámlási sebességet, ±34 μm átviteli pontosságot és jó hibadetektálási képességet ér el, alkalmas különböző áramméretek és anyagok átvitelére.
03
Lézeres átviteli technológia
A lézeres masszív átvitel második lépése a lézertranszfer, amely a rétegelt chipet az ideiglenes hordozóról a hátlapra viszi át. A Coherent által javasolt lézer-induced forward transfer (LIFT) technológia egy olyan technika, amely különféle funkcionális anyagokat és szerkezeteket helyezhet el a felhasználó által meghatározott-mintákban, lehetővé téve a kis elemméretű szerkezetek vagy eszközök nagy-elhelyezését. Jelenleg a LIFT technológia sikeresen megvalósítja a különféle elektronikai alkatrészek átvitelét, 0,1-től 6 mm2-ig terjedő méretben. Az 5. ábra egy tipikus LIFT folyamatot mutat be. A LIFT folyamat során a lézer áthalad az átlátszó hordozón, és elnyeli a dinamikus kioldórétegben. A lézeres abláció vagy elpárologtatás révén a dinamikus elválasztó réteg által keltett nagy nyomás gyorsan megnövekszik, ezáltal a chip a bélyegről a befogadó hordozóra kerül.
A fejlesztések után az Uniqarta kifejlesztett egy buborékfólia-alapú lézer-indukált előremenő átviteli technológiát (BB-LIFT). Ahogy a 6. ábrán látható, a különbség abban rejlik, hogy a lézeres besugárzás során a DRL-nek csak egy kis része ablálódik, hogy gázt generáljon az ütközési energia biztosítása érdekében. A DRL be tudja zárni a lökéshullámot azáltal, hogy kitágult hólyagot hoz létre, finomabban nyomja a chipet a fogadó hordozó felé, ami javíthatja az átviteli pontosságot és csökkentheti a sérülést.
A bélyegző -újrafelhasználhatósága fontos tényező, amely korlátozza a BB-LIFT alkalmazását. A költséghatékonyság-javítása érdekében a kutatók kifejlesztettek egy újrafelhasználható BB-LIFT technikát, amely az újrafelhasználható formák tervezésén alapul, amint az a 7. ábrán látható. A bélyeg egy fémréteggel ellátott mikroüregből, üreges falakkal és egy mikrostrukturált elasztikus öntapadó formából áll, amelyet a forgács tokozására és a mikrokapszulázására használnak. 808 nm-es lézerrel megvilágítva a fémréteg elnyeli a lézert és hőt termel, aminek következtében az üregben lévő levegő gyorsan kitágul, deformálva a bélyeget és nagymértékben csökkentve a tapadást. Ezen a ponton a buborékképződés által keltett ütés megkönnyíti a chip leválását a bélyegről.
Nagyméretű-átvitelnél erős tapadásra van szükség a felszedéskor-, hogy biztosítsa a megbízható felvételt, míg a tapadásnak a lehető legalacsonyabbnak kell lennie az elhelyezés során az átvitel eléréséhez. Ezért a kulcsfontosságú technológia az adhéziós kapcsolási arány javításában rejlik. A kutatók kitágítható mikrogömböket ágyaztak be a ragasztórétegbe, és lézeres fűtési rendszert alkalmaztak külső hőstimuláció létrehozására. A felszedési folyamat során- a kis-méretű beágyazott tágulható mikrogömbök biztosítják a ragasztóréteg felületének simaságát, míg a ragasztóréteg erős tapadására gyakorolt hatás elhanyagolható. Az átviteli folyamat során a lézeres fűtőrendszer által generált 90 fokos külső hőstimuláció gyorsan átkerül a ragasztórétegre, aminek következtében a belső mikrogömbök gyorsan kitágulnak, amint az a 8. ábrán látható. Ez egy mikro{10}}emelő szerkezetet eredményez a felületen, ami jelentősen csökkenti a felületi tapadást és megbízható kioldódást biztosít.
A nagy-léptékű átvitel elérése érdekében a kutatók azt találták, hogy az átvitel a TRT és a funkcionális eszköz közötti adhézió változásától függ, és hőmérsékleti paraméterekkel szabályozzák, amint az a 9. ábrán látható. Amikor a hőmérséklet a Tr kritikus hőmérséklet alatt van, a TRT/funkcionális eszköz energiafelszabadulási sebessége meghaladja a funkcionális eszköz/forrás hordozó kritikus energiafelszabadulási sebességét, ami repedések kialakulását okozza a TRT interfészen keresztül. Az átviteli folyamat során a lézerfűtés a hőmérsékletet a Tr kritikus hőmérséklet fölé emeli, így a TRT/funkcionális eszköz energiafelszabadulási sebessége alacsonyabb lesz, mint a funkcionális eszköz/célhordozó kritikus energialeadási sebessége, ezáltal a funkcionális eszköz sikeresen átkerül a célhordozóra.
