01
Ievads
Mikro LED tehnoloģijai kā visprogresīvākajai nākamās Salīdzinot ar tradicionālajiem šķidro kristālu displejiem un organiskajām gaismas diodēm (OLED), Micro LED piedāvā lielāku spilgtumu, lielāku kontrastu un plašāku krāsu gammu, vienlaikus patērējot mazāk enerģijas un ilgāku kalpošanas laiku. Tas sniedz Micro LED ievērojamu potenciālu televizoros, viedtālruņos, mazās valkājamās ierīcēs,{5}}transportlīdzekļu ekrānos un AR/VR lietojumprogrammās. Micro LED, LCD un OLED parametru salīdzinājums.
Masas pārnešana ir galvenais solis Micro LED mikroshēmu pārnešanai no augšanas substrāta uz mērķa substrātu. Mikro LED mikroshēmu lielā blīvuma un mazā izmēra dēļ tradicionālās pārsūtīšanas metodes nespēj izpildīt augstas-precizitātes prasības. Lai izveidotu displeja masīvu, kas apvieno Micro LED ar ķēdes piedziņu, ir nepieciešama vairākkārtēja Micro LED mikroshēmu masas pārnešana (vismaz no safīra substrāta → pagaidu substrāta → jauna substrāta), katru reizi pārsūtot lielu skaitu mikroshēmu, kas prasa augstu pārsūtīšanas procesa stabilitāti un precizitāti. Lāzera masas pārnešana ir paņēmiens Micro LED mikroshēmu pārnešanai no dabiskā safīra substrāta uz mērķa substrātu. Pirmkārt, mikroshēmas tiek atdalītas no dabiskā safīra substrāta, izmantojot lāzera pacelšanu{5}}; pēc tam mērķa substrātam tiek veikta ablācija, lai šķembas varētu pārnest uz substrāta ar adhezīviem materiāliem (piemēram, polidimetilsiloksānu). Visbeidzot, izmantojot metāla savienojuma spēku uz TFT aizmugures plaknes, mikroshēmas tiek pārnestas no PDM substrāta uz TFT aizmuguri.
02
Laser Lift{0}}Off Technology
Lāzera masas pārneses pirmais solis ir lāzera pacelšana{0}}izslēgts (LLO). Lāzera pacelšanas -iznesums tieši nosaka visa lāzera pārsūtīšanas procesa galīgo ienesīgumu. Mikro gaismas diodes parasti izmanto substrātus, piemēram, Si un safīru, lai audzētu GaN epitaksiālos slāņus ražošanai. Starp Si un GaN pastāv būtiskas režģu nesakritības un termiskās izplešanās koeficienta atšķirības, tāpēc safīra substrātus biežāk izmanto Micro LED mikroshēmu sagatavošanā.
Safīra joslas diapazons ir 9,9 eV, GaN ir 3,39 eV un AlN ir 6,2 eV. Lāzera pacelšanas-princips ir izmantot īsa-viļņa garuma lāzeru ar fotonu enerģiju, kas ir lielāka par GaN joslas spraugas, bet mazāka par safīra un AlN joslas spraugām, izstarojot no safīra puses. Lāzers iziet cauri safīram un AlN, un to absorbē GaN virsmas slānis. Šī procesa laikā GaN virsma tiek termiski sadalīta. Tā kā Ga kušanas temperatūra ir aptuveni 30 grādi, rodas N2 un šķidrais Ga, un N2 izplūst, tādējādi mehāniski atdalot GaN epitaksiālo slāni no safīra substrāta. Sadalīšanās reakciju, kas notiek saskarnē, var attēlot kā:
Saskaņā ar fotonu enerģijas formulu optimālajam lāzera viļņa garumam, kas atbilst iepriekš minētajiem nosacījumiem, jābūt šādā diapazonā: 125 nm < 209 nm Mazāks vai vienāds ar λ Mazāks vai vienāds ar 365 nm. Pētījumi liecina, ka lāzera impulsa platums, lāzera viļņa garums un lāzera enerģijas blīvums ir galvenie faktori lāzera ablācijas procesa panākšanā.
Lai panāktu pilnu-krāsu izstarošanos ar Micro LED, ir nepieciešams precīzi sakārtot un integrēt sarkanās, zaļās un zilās mikro LED mikroshēmas uz viena un tā paša substrāta, lai izveidotu sīkus, augstas{1}}izšķirtspējas krāsu displeja pikseļus. Tomēr LLO nav piemērots nevienmērīgu sarkanu, zaļu un zilu Micro LED ierīču selektīvai integrācijai. Turklāt neliela skaita bojātu Micro LED mikroshēmu selektīva labošana ir ļoti svarīga, lai uzlabotu displeja produktu ražīgumu. Tāpēc ir radusies lāzera selektīvā pacelšanas{6}}izslēgšanas (SLLO) tehnoloģija. Šī tehnoloģija ir piemērota neviendabīgai integrācijai un selektīvai remontam, neprasot sarežģītus pakešu procesus. Tas var arī selektīvi pārsūtīt dažas iepriekš-norādītas gaismas diodes un salabot bojātās gaismas diodes.
SLLO tiek panākts, izmantojot lāzeru, lai selektīvi atdalītu saskarni starp Micro LED mikroshēmām un substrātu. Ultravioleto gaismu parasti izmanto kā gaismas avotu. Īsa-viļņa garuma gaisma spēcīgāk mijiedarbojas ar materiālu, nodrošinot precīzāku pacelšanas-procesu. Turklāt ultravioletās gaismas radītais siltums pacelšanas-procesa laikā ir salīdzinoši zems, tādējādi samazinot termisko bojājumu risku.
Uniqarta ir ierosinājusi liela-mēroga paralēlās lāzera pīlinga metodi, kā parādīts 4. attēlā. Pievienojot X-Y lāzera skeneri uz viena-impulsa lāzera bāzes, viens lāzera stars tiek izkliedēts vairākos staros, nodrošinot liela mēroga-šķembu pīlingu. Šī shēma ievērojami palielina vienā piegājienā nolobīto mikroshēmu skaitu, sasniedzot atslāņošanās ātrumu 100 M/h, pārneses precizitāti ±34 μm un labu defektu noteikšanas spēju, kas piemērota dažādu strāvas izmēru un materiālu pārnešanai.
03
Lāzera pārneses tehnoloģija
Lāzera masīvās pārneses otrais solis ir lāzera pārnešana, kas pārvieto atslāņojušos mikroshēmu no pagaidu substrāta uz aizmugures plakni. Coherent piedāvātā lāzera-induced forward transfer (LIFT) tehnoloģija ir paņēmiens, kas var ievietot dažādus funkcionālus materiālus un struktūras lietotāja -definētos modeļos, ļaujot plašā mērogā izvietot struktūras vai ierīces ar maziem elementu izmēriem. Pašlaik LIFT tehnoloģija ir veiksmīgi panākusi dažādu elektronisko komponentu pārsūtīšanu, kuru izmēri svārstās no 0,1 līdz vairāk nekā 6 mm2. 5. attēlā parādīts tipisks LIFT process. LIFT procesā lāzers iziet cauri caurspīdīgajam substrātam un tiek absorbēts dinamiskā atbrīvošanas slānī. Izmantojot lāzera ablāciju vai iztvaikošanu, dinamiskā atbrīvošanas slāņa radītais augsts spiediens strauji palielinās, tādējādi pārnesot mikroshēmu no zīmoga uz uztverošo substrātu.
Pēc uzlabojumiem uzņēmums Uniqarta izstrādāja uz tulznu-bāzētu lāzera-pārneses tehnoloģiju (BB-LIFT). Kā parādīts 6. attēlā, atšķirība ir tāda, ka lāzera apstarošanas laikā tikai neliela daļa no DRL tiek ablēta, lai radītu gāzi, lai nodrošinātu trieciena enerģiju. DRL var iekapsulēt triecienvilni iekšpusē, izveidojot paplašinātu tulznu, saudzīgāk nospiežot mikroshēmu pret uztverošo substrātu, kas var uzlabot pārsūtīšanas precizitāti un samazināt bojājumus.
Zīmoga ne-atkārtota izmantošana ir svarīgs faktors, kas ierobežo BB-LIFT izmantošanu. Lai uzlabotu izmaksu -efektivitāti, pētnieki ir izstrādājuši atkārtoti lietojamu BB-LIFT tehniku, kuras pamatā ir atkārtoti lietojamu veidņu konstrukcija, kā parādīts 7. attēlā. Zīmogs sastāv no mikrodobuma ar metāla slāni, ar dobuma sieniņām un mikrostrukturētu elastīgu adhezīvu veidni, ko izmanto mikroshēmas iekapsulēšanai un iekapsulēšanai. Apgaismojot ar 808 nm lāzeru, metāla slānis absorbē lāzeru un ģenerē siltumu, kā rezultātā gaiss dobumā strauji izplešas, deformējot zīmogu un ievērojami samazinot tā saķeri. Šajā brīdī trieciens, ko rada burbuļu veidošanās, atvieglo mikroshēmas atdalīšanu no zīmoga.
Liela-pārnešanas gadījumā ir nepieciešama spēcīga adhēzija savākšanas laikā, Tāpēc galvenā tehnoloģija ir adhēzijas pārslēgšanas attiecības uzlabošana. Pētnieki ir iestrādājuši paplašināmas mikrosfēras līmējošā slānī un izmantojuši lāzera sildīšanas sistēmu, lai radītu ārēju termisko stimulāciju. Uzņemšanas-procesa laikā mazās -izmēra iegultās izplešamās mikrosfēras nodrošina līmējošā slāņa virsmas līdzenumu, savukārt ietekmi uz līmējošā slāņa stipro adhēziju var neievērot. Pārnešanas procesa laikā lāzera sildīšanas sistēmas radītā 90 grādu ārējā termiskā stimulācija tiek ātri pārnesta uz līmes slāni, izraisot iekšējo mikrosfēru ātru izplešanos, kā parādīts 8. attēlā. Tā rezultātā uz virsmas veidojas mikro{10}}pacelšanas struktūra, ievērojami samazinot virsmas adhēziju un panākot uzticamu atbrīvošanos.
Lai panāktu liela mēroga-pārnesi, pētnieki atklāja, ka pārnese ir atkarīga no adhēzijas izmaiņām starp TRT un funkcionālo ierīci, un to kontrolē temperatūras parametri, kā parādīts 9. attēlā. Ja temperatūra ir zemāka par kritisko temperatūru Tr, TRT/funkcionālās ierīces enerģijas izdalīšanās ātrums pārsniedz funkcionālās ierīces/avota substrāta kritisko enerģijas izdalīšanās ātrumu, izraisot plaisas/funkcijas ierīces izplatīšanos pie saskarnes TRT. Pārneses procesa laikā lāzera karsēšana paaugstina temperatūru virs kritiskās temperatūras Tr, padarot TRT/funkcionālās ierīces enerģijas izdalīšanās ātrumu zemāku par funkcionālās ierīces/mērķa substrāta kritisko enerģijas izdalīšanas ātrumu, tādējādi veiksmīgi pārnesot funkcionālo ierīci uz mērķa substrātu.
