1. فناوری میکرو ال ای دی، به عنوان یک زمینه مرزی در-فناوری نمایش نسل بعدی، توجه و تحقیقات گسترده ای را به خود جلب کرده است. در مقایسه با نمایشگرهای کریستال مایع سنتی و دیودهای ساطع کننده نور ارگانیک-(OLED)، میکرو LED روشنایی بالاتر، کنتراست بالاتر، و طیف رنگی گستردهتر را ارائه میدهد، در حالی که مصرف انرژی کمتر و طول عمر بیشتری دارد. این به میکرو ال ای دی پتانسیل بسیار زیادی در زمینه هایی مانند تلویزیون، تلفن های هوشمند،-پوشیدنی های هوشمند با اندازه کوچک، صفحه نمایش{6} اتومبیل و AR/VR می دهد. مقایسه پارامتر بین Micro LED، LCD و OLED در شکل 1 نشان داده شده است.
انتقال جرم یک مرحله کلیدی در انتقال تراشه های Micro LED از بستر رشد به بستر هدف است. با توجه به چگالی بالا و اندازه کوچک تراشه های Micro LED، روش های انتقال سنتی برای برآوردن الزامات دقت بالا تلاش می کنند. دستیابی به یک آرایه نمایشی که میکرو الایدیها را با درایورهای مدار ترکیب میکند، نیازمند انتقال جرم چندگانه تراشههای میکرو الایدی (حداقل از بستر یاقوت کبود به بستر موقت به بستر جدید)، با تعداد زیادی تراشه که هر بار انتقال مییابند، نیازهای بالایی را برای پایداری و دقت فرآیند انتقال ایجاد میکند. انتقال جرم لیزری یک فناوری برای انتقال تراشه های Micro LED از بستر یاقوت کبود بومی به بستر هدف است. ابتدا تراشه ها از طریق لایه برداری لیزری از بستر یاقوت کبود بومی جدا می شوند. سپس، یک عملیات فرسایشی روی بستر هدف انجام میشود تا تراشهها روی یک بستر با مواد چسبنده (مانند پلیدیمتیل سیلوکسان) منتقل شوند. در نهایت، تراشه ها از بستر PDM به صفحه پشتی TFT با استفاده از نیروی پیوند فلزی روی صفحه پشتی TFT منتقل می شوند.
02 تکنولوژی لایه برداری لیزری
اولین مرحله انتقال فله لیزری لایه برداری لیزری (LLO) است. بازده لایه برداری لیزری به طور مستقیم بازده نهایی کل فرآیند انتقال لیزر را تعیین می کند. میکرو ال ای دی ها معمولاً از بسترهایی مانند Si و یاقوت کبود برای رشد لایه های همپای GaN برای آماده سازی استفاده می کنند. مسائل مهمی مانند عدم تطابق شبکه بزرگ و تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی بین مواد Si و GaN وجود دارد. بنابراین، بسترهای یاقوت کبود بیشتر در هنگام تهیه تراشه های Micro LED استفاده می شود. فاصله باند یاقوت کبود 9.9 eV، GaN 3.39 eV، و AlN 6.2 eV است. اصل لایه برداری لیزری شامل استفاده از لیزرهای کوتاه- با طول موج با انرژی فوتون بیشتر از باند انرژی GaN اما کمتر از شکاف های باند یاقوت کبود و AlN است که از سمت یاقوت کبود تابش می شود. لیزر از یاقوت کبود و AlN عبور می کند، سپس توسط سطح GaN جذب می شود. در طی این فرآیند، سطح GaN تحت تجزیه حرارتی قرار میگیرد و از آنجایی که نقطه ذوب Ga حدود 30 درجه است، N2 و Ga مایع تولید میشود و N2 متعاقباً فرار میکند و در نتیجه از طریق نیروی مکانیکی لایه همپای GaN از بستر یاقوت کبود جدا میشود. واکنش تجزیه در سطح مشترک را می توان به صورت زیر نشان داد:
طبق فرمول انرژی فوتون، طول موج لیزر بهینه که شرایط فوق را برآورده می کند باید در محدوده زیر قرار گیرد: 125 نانومتر < 209 نانومتر کمتر یا مساوی λ کمتر یا مساوی 365 نانومتر. تحقیقات نشان می دهد که عرض پالس لیزر، طول موج لیزر و چگالی انرژی لیزر عوامل کلیدی در دستیابی به فرآیند فرسایش لیزر هستند.
برای تحقق نورپردازی تمام{0}رنگی میکرو ال ای دی، لازم است که چیپ های میکرو ال ای دی به رنگ های قرمز، سبز و آبی را دقیقاً ترتیب و ادغام کنید تا یک پیکسل نمایش رنگی کوچک با وضوح- بالا ایجاد شود. روش لیزر لیفت-خاموش (LLO) برای ادغام انتخابی دستگاههای میکرو LED غیریکنواخت قرمز، سبز و آبی مناسب نیست. علاوه بر این، تعمیر انتخابی تعداد کمی از تراشه های Micro LED آسیب دیده برای بهبود عملکرد محصولات نمایشگر بسیار مهم است. بنابراین، فناوری لیزر انتخابی لیفت-خاموش (SLLO) ظهور کرده است. این فناوری برای ادغام ناهمگن و تعمیر انتخابی، بدون نیاز به فرآیند پردازش دسته ای پیچیده قابل استفاده است. همچنین میتواند بهطور انتخابی الایدیهای{10}از پیش تعیینشده خاص را منتقل کند و LEDهای آسیبدیده را تعمیر کند. SLLO با استفاده از تابش لیزر برای جدا کردن انتخابی تراشههای Micro LED از رابط با بستر کار میکند. نور ماوراء بنفش معمولاً به عنوان منبع نور استفاده می شود. نور با طول موج کوتاه تر با مواد تعامل قوی تری دارد و فرآیند لایه برداری دقیق تری را ممکن می سازد. علاوه بر این، گرمای تولید شده در طول فرآیند لایه برداری با نور ماوراء بنفش نسبتا کم است و خطر آسیب حرارتی را کاهش می دهد.
Uniqarta یک روش لایه برداری لیزری موازی در مقیاس بزرگ، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، پیشنهاد کرده است. با افزودن یک اسکنر لیزری X{2}} به لیزر تک پالس، یک پرتو لیزر منفرد به پرتوهای لیزری متعدد پراکنده میشود و لایهبرداری در مقیاس بزرگ{{3} تراشهها را ممکن میسازد. این طرح به میزان قابل توجهی تعداد تراشه های پوست کنده شده را در یک عملیات افزایش می دهد و به سرعت لایه برداری 100 M/h با دقت انتقال ± 34 میکرومتر می رسد و دارای قابلیت تشخیص عیب خوبی است که در حال حاضر برای انتقال اندازه ها و مواد مختلف مناسب است.
3 فناوری انتقال لیزر
مرحله دوم انتقال عظیم لیزری، انتقال لیزری است که شامل انتقال تراشه های کنده شده از بستر موقت به صفحه پشتی است. فناوری انتقال به جلو القایی لیزری (LIFT) پیشنهاد شده توسط Coherent روشی است که میتواند مواد و ساختارهای کاربردی مختلف را در الگوهای تعریفشده کاربر قرار دهد و امکان قرار دادن ساختارها یا دستگاههای با اندازه ویژگی کوچک را در مقیاس بزرگ فراهم کند. در حال حاضر، فناوری LIFT با موفقیت به انتقال قطعات الکترونیکی مختلف با اندازه های 0.1 تا بیش از 6 میلی متر مربع دست یافته است. شکل 5 یک فرآیند LIFT معمولی را نشان می دهد. در فرآیند LIFT، لیزر از بستر شفاف عبور کرده و توسط لایه رهاسازی پویا جذب می شود. به دلیل اثر تبخیر یا تبخیر لیزر، فشار بالای ایجاد شده توسط لایه رهاسازی پویا به سرعت افزایش مییابد و در نتیجه تراشه از مهر به بستر دریافت کننده منتقل میشود.
پس از پیشرفتها، Uniqarta یک فناوری انتقال به جلو با لیزر-بر اساس تاولها (BB-LIFT) توسعه داد. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، تفاوت در این است که در طول تابش لیزر، تنها بخش کوچکی از DRL فرسوده می شود و برای تامین انرژی ضربه گاز تولید می کند. DRL می تواند موج شوک را در یک تاول در حال گسترش محصور کند و تراشه را به آرامی به سمت بستر دریافت کننده فشار دهد که می تواند دقت انتقال را بهبود بخشد و آسیب را کاهش دهد.
عدم استفاده مجدد از مهر عامل مهمی است که کاربرد BB-LIFT را محدود میکند. برای بهبود هزینه{3}}اثربخشی، محققان یک فناوری BB{4}}LIFT قابل استفاده مجدد را بر اساس طراحی مهرهای قابل استفاده مجدد، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، توسعه دادند. مهر شامل ریزحفره هایی با یک لایه فلزی، با دیواره های حفره و یک قالب چسب الاستیک با ریزساختارهایی است که برای محصور کردن تراشه ها و محفظه کردن تراشه ها استفاده می شود. لایه فلزی وقتی توسط لیزر 808 نانومتری تابش میکند، لیزر را جذب کرده و گرما تولید میکند و باعث میشود هوای داخل حفره به سرعت منبسط شود و منجر به تغییر شکل مهر و کاهش قابل توجه چسبندگی آن شود. در این مرحله، شوک ایجاد شده توسط حباب باعث جدا شدن تراشه از مهر می شود.
در انتقال-در مقیاس بزرگ، برای اطمینان از گرفتن قابل اعتماد، به چسبندگی قوی در حین چیدن نیاز است. در هنگام قرار دادن، چسبندگی باید تا حد امکان حداقل باشد تا انتقال حاصل شود، بنابراین هسته اصلی فناوری در بهبود نسبت سوئیچینگ نیروی چسبندگی نهفته است. محققان میکروسفرهای قابل انبساط را در لایه چسب تعبیه کردند و از یک سیستم گرمایش لیزری برای تولید محرک های حرارتی خارجی استفاده کردند. در طول فرآیند چیدن، میکروکرههای منبسط شونده تعبیهشده با اندازه کوچک، صافی سطح لایه چسب را تضمین میکنند، در حالی که اثر روی چسبندگی قوی لایه چسب را میتوان نادیده گرفت. با این حال، در طول فرآیند انتقال، محرک حرارتی خارجی 90 درجه ایجاد شده توسط سیستم گرمایش لیزری به سرعت به لایه چسب منتقل میشود و باعث میشود ریزکرههای داخلی به سرعت منبسط شوند، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است. این منجر به ساختار لایهای میکرو-خشن روی سطح میشود که به طور قابلتوجهی چسبندگی سطح و چسبندگی قابل اعتماد را کاهش میدهد.
برای دستیابی به انتقال در مقیاس بزرگ، محققان دریافتند که انتقال به تغییر چسبندگی بین TRT و دستگاه عملکردی بستگی دارد و توسط پارامترهای دما کنترل میشود، همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است. وقتی دما کمتر از دمای بحرانی Tr باشد، نرخ آزادسازی انرژی TRT/دستگاه عملکردی بیشتر از نرخ آزادسازی بحرانی انرژی دستگاه عملکردی زیر استرا به سمت منبع میل است. رابط TRT/دستگاه عملکردی، بنابراین به دستگاه کاربردی اجازه میدهد تا برداشته شود. در طول فرآیند انتقال، دما با گرمایش لیزری بالاتر از دمای بحرانی Tr افزایش مییابد و نرخ آزادسازی انرژی دستگاه TRT/عملکردی کمتر از نرخ آزادسازی انرژی بحرانی دستگاه کاربردی/زیر هدف است و به دستگاه کاربردی اجازه میدهد با موفقیت به زیرلایه هدف منتقل شود.
