1.La tecnologia micro LED, in quanto campo di frontiera nella tecnologia dei display di prossima-generazione, sta ricevendo ampia attenzione e ricerca. Rispetto ai tradizionali display a cristalli liquidi e ai diodi organici-emettitori di luce (OLED), il Micro LED offre una luminosità più elevata, un contrasto più elevato e una gamma di colori più ampia, pur avendo un consumo energetico inferiore e una durata di vita più lunga. Ciò conferisce a Micro LED un enorme potenziale in campi quali televisori, smartphone, dispositivi indossabili intelligenti di piccole-dimensioni, schermi di-auto e AR/VR. Il confronto dei parametri tra Micro LED, LCD e OLED è mostrato nella Figura 1.
Il trasferimento di massa è un passaggio fondamentale nel trasferimento dei chip Micro LED dal substrato di crescita al substrato target. A causa dell'elevata densità e delle dimensioni ridotte dei chip Micro LED, i metodi di trasferimento tradizionali faticano a soddisfare i requisiti di alta precisione. Il raggiungimento di un array di display che combini Micro LED con driver di circuito richiede molteplici trasferimenti di massa dei chip Micro LED (almeno dal substrato in zaffiro al substrato temporaneo al nuovo substrato), con un gran numero di chip trasferiti ogni volta, ponendo elevate esigenze in termini di stabilità e precisione del processo di trasferimento. Il trasferimento di massa laser è una tecnologia per trasferire i chip Micro LED dal substrato nativo di zaffiro al substrato target. Innanzitutto, i chip vengono separati dal substrato di zaffiro nativo tramite peeling laser; quindi, sul substrato target viene effettuato un trattamento di ablazione per trasferire i trucioli su un substrato con un materiale appiccicoso (come polidimetilsilossano). Infine, i chip vengono trasferiti dal substrato PDM al backplane TFT utilizzando la forza di unione del metallo sul backplane TFT.
02Tecnologia di pelatura laser
Il primo passo del trasferimento laser in massa è il peeling laser (LLO). La resa del peeling laser determina direttamente la resa finale dell'intero processo di trasferimento laser. I micro LED utilizzano tipicamente substrati come Si e zaffiro per far crescere strati epitassiali di GaN per la preparazione. Esistono problemi significativi come un ampio disadattamento reticolare e differenze nei coefficienti di dilatazione termica tra i materiali Si e GaN; pertanto, i substrati in zaffiro sono più comunemente utilizzati durante la preparazione dei chip Micro LED. Il bandgap dello zaffiro è 9,9 eV, GaN è 3,39 eV e AlN è 6,2 eV. Il principio del peeling laser prevede l'utilizzo di laser a lunghezza d'onda corta- con energia fotonica maggiore della banda proibita del GaN ma inferiore alla banda proibita dello zaffiro e dell'AlN, che si irradiano dal lato dello zaffiro. Il laser attraversa lo zaffiro e l'AlN, quindi viene assorbito dalla superficie GaN. Durante questo processo, il GaN superficiale subisce una decomposizione termica e, poiché il punto di fusione del Ga è di circa 30 gradi, vengono generati N2 e Ga liquido, con N2 che successivamente fuoriesce, ottenendo così la separazione dello strato epitassiale di GaN dal substrato di zaffiro attraverso la forza meccanica. La reazione di decomposizione che avviene all'interfaccia può essere rappresentata come:
Secondo la formula dell'energia fotonica, la lunghezza d'onda laser ottimale che soddisfa le condizioni di cui sopra dovrebbe rientrare nel seguente intervallo: 125 nm < 209 nm Inferiore o uguale a λ Inferiore o uguale a 365 nm. La ricerca mostra che l’ampiezza dell’impulso laser, la lunghezza d’onda del laser e la densità dell’energia laser sono fattori chiave per ottenere il processo di ablazione laser.
Per realizzare un'illuminazione Micro LED a colori-, è necessario disporre e integrare con precisione i chip Micro LED in rosso, verde e blu sullo stesso substrato per creare un piccolo pixel di visualizzazione a colori ad alta-risoluzione. Il metodo Laser Lift-Off (LLO) non è adatto per l'integrazione selettiva di dispositivi Micro LED rossi, verdi e blu non-uniformi. Inoltre, riparare selettivamente un piccolo numero di chip Micro LED danneggiati è fondamentale per migliorare la resa dei prodotti display. Pertanto, è emersa la tecnologia del Selective Laser Lift-Off (SLLO). Questa tecnologia è applicabile all'integrazione eterogenea e alla riparazione selettiva, senza la necessità di una complessa procedura di elaborazione batch. Può anche trasferire selettivamente specifici LED pre{10}}designati e riparare LED danneggiati. SLLO funziona utilizzando l'irradiazione laser per staccare selettivamente i chip Micro LED dall'interfaccia con il substrato. La luce ultravioletta viene generalmente utilizzata come sorgente luminosa. La luce a lunghezza d'onda più corta interagisce più fortemente con i materiali, consentendo un processo di pelatura più preciso. Inoltre, il calore generato durante il processo di pelatura con luce ultravioletta è relativamente basso, riducendo così il rischio di danni termici.
Uniqarta ha proposto un metodo di pelatura laser parallelo su larga scala-, come mostrato nella Figura 4. Aggiungendo uno scanner laser X-Y al laser a impulso singolo, un singolo raggio laser viene diffratto in più raggi laser, consentendo la pelatura di chip su larga-scala. Questo schema aumenta significativamente il numero di trucioli pelati in una singola operazione, raggiungendo una velocità di pelatura di 100 M/h, con una precisione di trasferimento di ±34 μm, e possiede buone capacità di rilevamento dei difetti, rendendolo attualmente adatto al trasferimento di varie dimensioni e materiali.
3Tecnologia di trasferimento laser
La seconda fase del trasferimento laser massiccio è il trasferimento laser, che prevede il trasferimento dei chip rimossi dal substrato temporaneo al backplane. La tecnologia di trasferimento in avanti indotto dal laser (LIFT) proposta da Coherent è un metodo in grado di posizionare vari materiali e strutture funzionali in modelli definiti dall'utente-, consentendo il posizionamento su larga-scala di strutture o dispositivi di piccole dimensioni. Attualmente la tecnologia LIFT è riuscita a realizzare con successo il trasferimento di diversi componenti elettronici, con dimensioni che vanno da 0,1 a oltre 6 mm². La Figura 5 mostra un tipico processo LIFT. Nel processo LIFT, il laser attraversa il substrato trasparente e viene assorbito dallo strato a rilascio dinamico. A causa dell'effetto ablativo o di vaporizzazione del laser, l'alta pressione generata dallo strato di rilascio dinamico aumenta rapidamente, trasferendo così il chip dallo stampo al substrato ricevente.
Dopo i miglioramenti, Uniqarta ha sviluppato una tecnologia di trasferimento in avanti indotta dal laser-basata su blister (BB-LIFT). Come mostrato nella Figura 6, la differenza è che durante l'irradiazione laser, solo una piccola porzione del DRL viene ablata e produce gas per fornire energia d'impatto. Il DRL può incapsulare l'onda d'urto all'interno di un blister in espansione, spingendo delicatamente il chip verso il substrato ricevente, il che può migliorare la precisione del trasferimento e ridurre i danni.
La non-riutilizzabilità del timbro è un fattore significativo che limita l'applicazione del BB-LIFT. Per migliorare l'efficacia in termini di costi-, i ricercatori hanno sviluppato una tecnologia BB-LIFT riutilizzabile basata sulla progettazione di timbri riutilizzabili, come mostrato nella Figura 7. Il timbro è costituito da microcavità con uno strato metallico, con pareti della cavità e uno stampo adesivo elastico con microstrutture utilizzate per incapsulare le microcavità e incollare il chip. Quando irradiato da un laser da 808 nm, lo strato metallico assorbe il laser e genera calore, provocando una rapida espansione dell'aria all'interno della cavità, portando alla deformazione del timbro e riducendone significativamente l'adesione. A questo punto, lo shock generato dal gorgoglio provoca il distacco del chip dal timbro.
Nel trasferimento su larga-scala, è necessaria una forte adesione durante la raccolta per garantire una cattura affidabile; durante il posizionamento, l'adesione deve essere la minima possibile per ottenere il trasferimento, quindi il nucleo della tecnologia sta nel migliorare il rapporto di commutazione della forza di adesione. I ricercatori hanno incorporato microsfere espandibili nello strato adesivo e hanno utilizzato un sistema di riscaldamento laser per generare stimoli termici esterni. Durante il processo di raccolta, le microsfere espandibili incorporate di piccole-dimensioni garantiscono la planarità della superficie dello strato adesivo, mentre l'effetto sulla forte adesione dello strato adesivo può essere trascurato. Tuttavia, durante il processo di trasferimento, lo stimolo termico esterno di 90 gradi generato dal sistema di riscaldamento laser si trasferisce rapidamente allo strato adesivo, provocando la rapida espansione delle microsfere interne, come mostrato nella Figura 8. Ciò si traduce in una struttura micro-sgrossata a strati sulla superficie, riducendo significativamente l'adesione superficiale e ottenendo un rilascio affidabile.
Per ottenere un trasferimento su larga scala-, i ricercatori hanno scoperto che il trasferimento dipende dal cambiamento nell'adesione tra il TRT e il dispositivo funzionale ed è controllato da parametri di temperatura, come mostrato nella Figura 9. Quando la temperatura è inferiore alla temperatura critica Tr, il tasso di rilascio di energia del TRT/dispositivo funzionale è maggiore del tasso di rilascio di energia critica del dispositivo funzionale/substrato sorgente, causando la tendenza delle crepe a propagarsi all'interfaccia TRT/dispositivo funzionale, consentendo così il prelievo del dispositivo funzionale. Durante il processo di trasferimento, la temperatura viene aumentata al di sopra della temperatura critica Tr mediante riscaldamento laser e la velocità di rilascio di energia del TRT/dispositivo funzionale è inferiore alla velocità di rilascio di energia critica del dispositivo funzionale/substrato target, consentendo al dispositivo funzionale di essere trasferito con successo al substrato target.
