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Introducción
La tecnología Micro LED, como-campo de vanguardia de la tecnología de visualización de próxima-generación, está recibiendo amplia atención e investigación. En comparación con las pantallas de cristal líquido tradicionales y los diodos emisores de luz orgánicos-(OLED), los Micro LED ofrecen mayor brillo, mayor contraste y una gama de colores más amplia, al mismo tiempo que consumen menos energía y tienen una vida útil más larga. Esto ofrece a los Micro LED un potencial significativo en televisores, teléfonos inteligentes, pequeños dispositivos portátiles,-pantallas de vehículos y aplicaciones AR/VR. Una comparación de parámetros entre Micro LED, LCD y OLED.
La transferencia de masa es un paso clave en la transferencia de chips Micro LED desde el sustrato de crecimiento al sustrato objetivo. Debido a la alta densidad y el pequeño tamaño de los chips Micro LED, los métodos de transferencia tradicionales tienen dificultades para cumplir con los requisitos de transferencia de alta-precisión. Lograr una matriz de pantalla que combine Micro LED con unidad de circuito requiere múltiples transferencias masivas de chips Micro LED (al menos desde sustrato de zafiro → sustrato temporal → sustrato nuevo), con una gran cantidad de chips transferidos cada vez, lo que exige una alta estabilidad y precisión del proceso de transferencia. La transferencia de masa por láser es una técnica para transferir chips Micro LED desde el sustrato de zafiro nativo al sustrato objetivo. En primer lugar, los chips se separan del sustrato de zafiro nativo mediante despegue -láser; luego, se realiza la ablación en el sustrato objetivo para permitir que los chips se transfieran a un sustrato con materiales adhesivos (como polidimetilsiloxano). Finalmente, utilizando la fuerza de unión del metal en la placa posterior del TFT, los chips se transfieren desde el sustrato del PDM a la placa posterior del TFT.
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Tecnología Laser Lift-Off
El primer paso de la transferencia de masa por láser es el despegue-láser (LLO). El rendimiento del despegue-láser determina directamente el rendimiento final de todo el proceso de transferencia del láser. Los micro LED suelen utilizar sustratos como Si y zafiro para hacer crecer capas epitaxiales de GaN para la fabricación. Existen importantes desajustes de red y diferencias en el coeficiente de expansión térmica entre Si y GaN, por lo que los sustratos de zafiro se usan más comúnmente en la preparación de chips Micro LED.
La banda prohibida del zafiro es de 9,9 eV, la de GaN es de 3,39 eV y la de AlN es de 6,2 eV. El principio del despegue del láser-es utilizar un láser de longitud de onda-corta con una energía de fotón mayor que la banda prohibida de GaN pero menor que las bandas prohibidas del zafiro y el AlN, irradiando desde el lado del zafiro. El láser atraviesa el zafiro y el AlN y es absorbido por la capa superficial de GaN. Durante este proceso, la superficie del GaN sufre descomposición térmica. Dado que el punto de fusión del Ga es de aproximadamente 30 grados, se generan N2 y Ga líquido, y el N2 se escapa, separando así mecánicamente la capa epitaxial de GaN del sustrato de zafiro. La reacción de descomposición que ocurre en la interfaz se puede representar como:
Según la fórmula de la energía de los fotones, la longitud de onda óptima del láser que cumple las condiciones anteriores debe estar en el siguiente rango: 125 nm < 209 nm Menor o igual a λ Menor o igual a 365 nm. Las investigaciones muestran que el ancho del pulso del láser, la longitud de onda del láser y la densidad de energía del láser son factores clave para lograr el proceso de ablación con láser.
Para lograr una emisión de color completa-con los Micro LED, es necesario organizar e integrar con precisión los chips Micro LED rojos, verdes y azules en el mismo sustrato para crear pequeños píxeles de visualización en color de alta-resolución. Sin embargo, LLO no es adecuado para la integración selectiva de dispositivos Micro LED rojos, verdes y azules no uniformes. Además, reparar selectivamente una pequeña cantidad de chips Micro LED dañados es crucial para mejorar el rendimiento de los productos de visualización. Por lo tanto, ha surgido la tecnología Laser Selective Lift-Off (SLLO). Esta tecnología es adecuada para integración heterogénea y reparación selectiva, sin requerir complejos procesos por lotes. También puede transferir selectivamente algunos LED pre-especificados y reparar LED dañados.
SLLO se logra mediante el uso de un láser para separar selectivamente la interfaz entre los chips Micro LED y el sustrato. La luz ultravioleta se utiliza comúnmente como fuente de luz. La luz de longitud de onda corta-interactúa más fuertemente con el material, lo que permite un proceso de despegue-más preciso. Además, el calor generado por la luz ultravioleta durante el proceso de despegue-es relativamente bajo, lo que reduce el riesgo de daño térmico.
Uniqarta ha propuesto un método de exfoliación con láser paralelo a gran-escala, como se muestra en la Figura 4. Al agregar un escáner láser X-Y sobre la base de un único-láser de pulso, un único rayo láser se difracta en múltiples haces, lo que permite una exfoliación de chips a gran-escala. Este esquema aumenta significativamente la cantidad de chips exfoliados en una sola ejecución, logrando una velocidad de exfoliación de 100 M/h, una precisión de transferencia de ±34 μm y una buena capacidad de detección de defectos, adecuada para la transferencia de varios tamaños y materiales de corriente.
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Tecnología de transferencia láser
El segundo paso de la transferencia masiva por láser es la transferencia por láser, que transfiere el chip delaminado desde el sustrato temporal al backplane. La tecnología de transferencia directa inducida por láser-(LIFT) propuesta por Coherent es una técnica que puede colocar diversos materiales y estructuras funcionales en patrones definidos por el usuario-, lo que permite la colocación a gran-escala de estructuras o dispositivos con tamaños de características pequeños. Actualmente, la tecnología LIFT ha logrado con éxito la transferencia de diversos componentes electrónicos, con tamaños que van desde 0,1 hasta más de 6 mm2. La Figura 5 muestra un proceso LIFT típico. En el proceso LIFT, el láser pasa a través del sustrato transparente y es absorbido por la capa de liberación dinámica. Mediante ablación o vaporización con láser, la alta presión generada por la capa de liberación dinámica aumenta rápidamente, transfiriendo así el chip del sello al sustrato receptor.
Después de realizar mejoras, Uniqarta desarrolló una tecnología de transferencia directa inducida por láser-basada en ampollas-(BB-LIFT). Como se muestra en la Figura 6, la diferencia radica en que durante la irradiación con láser, solo se elimina una pequeña porción del DRL para generar gas y proporcionar energía de impacto. El DRL puede encapsular la onda de choque en su interior creando una ampolla expandida, empujando el chip más suavemente hacia el sustrato receptor, lo que puede mejorar la precisión de la transferencia y reducir el daño.
La no-reutilización del sello es un factor importante que limita la aplicación de BB-LIFT. Para mejorar la rentabilidad-, los investigadores han desarrollado una técnica BB-LIFT reutilizable basada en el diseño de moldes reutilizables, como se muestra en la Figura 7. El sello consiste en una microcavidad con una capa de metal, con paredes de cavidad y un molde adhesivo elástico microestructurado que se utiliza para encapsular la microcavidad y unir el chip. Bajo la iluminación de un láser de 808 nm, la capa metálica absorbe el láser y genera calor, lo que hace que el aire dentro de la cavidad se expanda rápidamente, deformando el sello y reduciendo en gran medida su adherencia. En este punto, el impacto generado por la formación de burbujas facilita el desprendimiento del chip del sello.
En la transferencia a gran-escala, se requiere una fuerte adhesión durante la recogida-para garantizar una adquisición confiable, mientras que la adhesión debe ser lo más baja posible durante la colocación para lograr la transferencia. Por lo tanto, la tecnología clave radica en mejorar la relación de cambio de adhesión. Los investigadores incrustaron microesferas expandibles en la capa adhesiva y utilizaron un sistema de calentamiento láser para generar estimulación térmica externa. Durante el proceso de recogida-, las microesferas expandibles incrustadas de pequeño-tamaño garantizan la planitud de la superficie de la capa adhesiva, mientras que el efecto sobre la fuerte adhesión de la capa adhesiva puede despreciarse. Durante el proceso de transferencia, la estimulación térmica externa de 90 grados generada por el sistema de calentamiento láser se transfiere rápidamente a la capa adhesiva, lo que hace que las microesferas internas se expandan rápidamente, como se muestra en la Figura 8. Esto da como resultado una estructura de micro-elevación en la superficie, lo que reduce significativamente la adhesión de la superficie y logra una liberación confiable.
Para lograr una transferencia a gran-escala, los investigadores descubrieron que la transferencia depende de la variación en la adhesión entre el TRT y el dispositivo funcional, y está controlada por parámetros de temperatura, como se muestra en la Figura 9. Cuando la temperatura está por debajo de la temperatura crítica Tr, la tasa de liberación de energía del TRT/dispositivo funcional excede la tasa de liberación de energía crítica del dispositivo funcional/sustrato fuente, lo que provoca que se propaguen grietas en la interfaz TRT/dispositivo funcional, recogiendo así el dispositivo funcional. Durante el proceso de transferencia, el calentamiento por láser eleva la temperatura por encima de la temperatura crítica Tr, lo que hace que la tasa de liberación de energía del TRT/dispositivo funcional sea menor que la tasa de liberación de energía crítica del dispositivo funcional/sustrato objetivo, transfiriendo así con éxito el dispositivo funcional al sustrato objetivo.
