激光輔助界面燒蝕實現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移Micro LED的原理

Micro LED，又稱為mLED或μLED，是一種基于微型發(fā)光二極管（LED）的新型自發(fā)光顯示技術(shù)。它以其高分辨率、高色彩飽和度、低功耗、長壽命和快速響應(yīng)速度等優(yōu)勢，被視為“終極顯示方案”。然而，Micro LED的制造過程中，巨量轉(zhuǎn)移成為了一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。所謂巨量轉(zhuǎn)移，即將數(shù)百萬甚至數(shù)千萬顆微米級的LED晶粒正確且有效率地移動到電路基板上的過程。由于Micro LED芯片尺寸小、集成度高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移方法難以滿足高精度的轉(zhuǎn)移要求，因此激光輔助界面燒蝕技術(shù)應(yīng)運而生。

激光輔助界面燒蝕技術(shù)是一種將Micro LED芯片從原生基板轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板的高效方法。這一技術(shù)主要分為兩個步驟：激光剝離和激光轉(zhuǎn)移。

激光剝離

激光剝離（Laser Lift-Off，LLO）是激光輔助界面燒蝕技術(shù)的第一步。它利用光子能量大于GaN能量帶隙而小于藍寶石和AIN帶隙的短波長激光，從藍寶石一側(cè)開始輻照。在這個過程中，激光透過藍寶石及AIN后，被表層GaN吸收。由于GaN吸收光子能量后發(fā)生熱分解，產(chǎn)生N2和液態(tài)Ga，N2隨之逸出，從而通過機械力實現(xiàn)GaN外延層與藍寶石襯底的分離。

激光剝離的良率直接決定了整個激光轉(zhuǎn)移的最終良率。研究表明，激光脈寬、激光波長、激光能量密度是實現(xiàn)激光剝離工藝的關(guān)鍵因素。為了實現(xiàn)高效的激光剝離，通常要求激光波長在125nm至365nm之間。此外，激光剝離過程還需要精確控制激光的功率和分辨率，以避免對芯片性能的影響，同時達到高產(chǎn)品良率。

激光轉(zhuǎn)移

激光轉(zhuǎn)移是將剝離下的Micro LED芯片從臨時基板轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板的過程。這一步驟通常采用激光誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移技術(shù)（Laser Induced Forward Transfer，LIFT）。LIFT技術(shù)能夠?qū)⒏鞣N功能材料和結(jié)構(gòu)以用戶定義的圖案放置，實現(xiàn)大規(guī)模放置微小特征尺寸的結(jié)構(gòu)或器件。

在LIFT過程中，激光穿過透明基板并被動態(tài)釋放層（Dynamic Release Layer，DRL）吸收。通過激光的燒蝕或汽化作用，DRL產(chǎn)生的高壓迅速增加，從而將芯片從圖章轉(zhuǎn)移到接收基板上。為了提高轉(zhuǎn)移精度并減少損壞，研究人員開發(fā)了基于泡罩（Blister）的激光誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移技術(shù)（BB-LIFT）。在BB-LIFT過程中，只有一小部分DRL被燒蝕并產(chǎn)生氣體提供沖擊能量，通過創(chuàng)建一個膨脹的泡罩將沖擊波封裝在內(nèi)部，將芯片更柔和地推向接收基板。

除了LIFT技術(shù)外，還有其他激光轉(zhuǎn)移方法，如直接分解方式、形成鼓泡方式和應(yīng)力輔助方式。直接分解方式利用界面區(qū)域材料吸收光束能量引起的快速物理變化或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動力來調(diào)控界面狀態(tài)。形成鼓泡方式則在界面處燒蝕一定深度，瞬時產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物形成鼓泡，使芯片從響應(yīng)層脫落并轉(zhuǎn)移至接收基板。應(yīng)力輔助方式則是響應(yīng)層材料吸收激光能量后產(chǎn)生熱膨脹效應(yīng)，在熱應(yīng)力或剪切應(yīng)力作用下產(chǎn)生形變，使芯片轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板。

巨量轉(zhuǎn)移的挑戰(zhàn)與前景

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)包括提高轉(zhuǎn)移良率、控制轉(zhuǎn)移精度以及實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的LED機械式轉(zhuǎn)移效率遠遠無法滿足Micro LED顯示的轉(zhuǎn)移要求，需要采用全新的技術(shù)來實現(xiàn)。目前，業(yè)內(nèi)主要有激光選擇性釋放、靜電力吸附、流體裝配、彈性印模、滾軸轉(zhuǎn)印等幾種技術(shù)方式。其中，激光輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)在轉(zhuǎn)移精度、轉(zhuǎn)移效率方面均具有優(yōu)勢，且具有高度可選擇性，被認(rèn)為是Micro LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中最有希望實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用的一種。

隨著Micro LED顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)將成為制約其量產(chǎn)的關(guān)鍵。未來，隨著激光技術(shù)的不斷進步和轉(zhuǎn)移設(shè)備的持續(xù)優(yōu)化，激光輔助界面燒蝕技術(shù)有望在Micro LED制造領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，推動Micro LED顯示技術(shù)的商業(yè)化進程。