01
giriiş
Yeni nesil ekran teknolojisinin{0}}en ileri alanı olan Mikro LED teknolojisi,-yaygın bir ilgi ve araştırma görüyor. Geleneksel sıvı kristal ekranlar ve organik ışık-yayan diyotlarla (OLED'ler) karşılaştırıldığında Mikro LED'ler daha yüksek parlaklık, daha yüksek kontrast ve daha geniş bir renk gamı sunarken aynı zamanda daha az güç tüketir ve daha uzun ömürlüdür. Bu, Mikro LED'lere televizyonlarda, akıllı telefonlarda, küçük giyilebilir cihazlarda,{5}araç içi ekranlarda ve AR/VR uygulamalarında önemli bir potansiyel kazandırıyor. Mikro LED, LCD ve OLED arasındaki parametrelerin karşılaştırılması.
Kütle aktarımı, Mikro LED çiplerinin büyüme substratından hedef substrata aktarılmasında önemli bir adımdır. Mikro LED çiplerinin yüksek yoğunluğu ve küçük boyutu nedeniyle, geleneksel aktarım yöntemleri yüksek-hassas aktarım gereksinimlerini karşılamakta zorlanır. Mikro LED'i devre sürücüsüyle birleştiren bir ekran dizisi elde etmek, Mikro LED çiplerinin birden fazla toplu aktarımını gerektirir (en azından safir alt katmandan → geçici alt katmandan → yeni alt katmandan), her seferinde çok sayıda çip aktarılır ve bu da transfer sürecinin yüksek kararlılığını ve doğruluğunu gerektirir. Lazer kütle transferi, Mikro LED çiplerini doğal safir substrattan hedef substrata aktarmak için kullanılan bir tekniktir. İlk olarak, çipler lazer kaldırma-kapalı yoluyla doğal safir alt tabakadan ayrılır; daha sonra çiplerin yapışkan malzemeler (polidimetilsiloksan gibi) içeren bir substrat üzerine aktarılmasını sağlamak için hedef substrat üzerinde ablasyon gerçekleştirilir. Son olarak, TFT arka panelindeki metal bağlama kuvveti kullanılarak çipler PDM alt katmanından TFT arka paneline aktarılır.
02
Lazer Kaldırma{0}}Kapalı Teknolojisi
Lazer kütle transferinin ilk adımı lazer kaldırma-kapatmasıdır (LLO). Lazer kaldırmanın verimi-doğrudan tüm lazer transfer sürecinin nihai verimini belirler. Mikro LED'ler genellikle imalat için GaN epitaksiyel katmanlarını büyütmek üzere Si ve safir gibi substratları kullanır. Si ve GaN arasında önemli kafes uyumsuzluğu ve termal genleşme katsayısı farklılıkları vardır, bu nedenle Mikro LED çiplerinin hazırlanmasında safir substratlar daha yaygın olarak kullanılır.
Safirin bant aralığı 9,9eV, GaN 3,39eV ve AlN 6,2eV'dir. Lazer kaldırmanın ilkesi-kapalı, foton enerjisi GaN bant aralığından daha büyük ancak safir ve AlN'nin bant aralığından daha az olan, safir tarafından ışın veren kısa-dalga boylu bir lazer kullanmaktır. Lazer safir ve AlN'den geçer ve GaN yüzey katmanı tarafından emilir. Bu işlem sırasında GaN yüzeyi termal ayrışmaya uğrar. Ga'nın erime noktası yaklaşık 30 derece olduğundan, N2 ve sıvı Ga üretilir ve N2 kaçar, böylece GaN epitaksiyel katmanını safir substrattan mekanik olarak ayırır. Arayüzde meydana gelen ayrışma reaksiyonu şu şekilde temsil edilebilir:
Foton enerjisi formülüne göre, yukarıdaki koşulları karşılayan en uygun lazer dalga boyu aşağıdaki aralıkta olmalıdır: 125 nm < 209 nm Küçük veya eşit λ 365 nm'den küçük veya eşittir. Araştırmalar, lazer atım genişliği, lazer dalga boyu ve lazer enerji yoğunluğunun, lazer ablasyon işleminin gerçekleştirilmesinde anahtar faktörler olduğunu göstermektedir.
Mikro LED'lerle tam-renk emisyonu elde etmek için, küçük, yüksek-çözünürlüklü renkli ekran pikselleri oluşturmak amacıyla kırmızı, yeşil ve mavi Mikro LED çiplerini aynı alt tabaka üzerinde hassas şekilde düzenlemek ve entegre etmek gerekir. Ancak LLO, tekdüze olmayan-kırmızı, yeşil ve mavi Mikro LED cihazlarının seçici entegrasyonu için uygun değildir. Üstelik az sayıda hasarlı Mikro LED çipinin seçici olarak onarılması, ekran ürünlerinin verimini artırmak için çok önemlidir. Bu nedenle Lazer Seçici Kaldırma-Kapalı (SLLO) teknolojisi ortaya çıkmıştır. Bu teknoloji, karmaşık toplu işlemler gerektirmeden, heterojen entegrasyon ve seçici onarım için uygundur. Ayrıca önceden belirlenmiş bazı LED'leri seçici olarak-aktarabilir ve hasarlı LED'leri onarabilir.
SLLO, Mikro LED çipleri ile alt tabaka arasındaki arayüzü seçici olarak ayırmak için bir lazer kullanılarak elde edilir. Işık kaynağı olarak genellikle ultraviyole ışık kullanılır. Kısa-dalga boylu ışık, malzemeyle daha güçlü etkileşime girerek daha hassas bir kaldırma-işlemine olanak tanır. Ayrıca, kaldırma-işlemi sırasında ultraviyole ışığın ürettiği ısı nispeten düşüktür, bu da termal hasar riskini azaltır.
Uniqarta, Şekil 4'te gösterildiği gibi, büyük-ölçekli bir paralel lazer pul pul dökülme yöntemi önermiştir. Tek bir-darbeli lazer temelinde bir X-Y lazer tarayıcı eklendiğinde, tek bir lazer ışını, büyük-ölçekli çip pul pul dökülmesini mümkün kılan birden fazla ışına kırılır. Bu şema, tek seferde pul pul dökülen çiplerin sayısını önemli ölçüde artırarak, 100 M/saat'lik bir pul pul dökülme hızına, ±34 μm'lik bir transfer doğruluğuna ve çeşitli mevcut boyut ve malzemelerin aktarımına uygun iyi bir kusur tespit kabiliyetine ulaşır.
03
Lazer Transfer Teknolojisi
Lazer kütlesel transferinin ikinci adımı, katmanlara ayrılmış çipi geçici alt tabakadan arka panele aktaran lazer transferidir. Coherent tarafından önerilen lazer-uyarılmış ileri aktarım (LIFT) teknolojisi, çeşitli işlevsel malzemeleri ve yapıları kullanıcı-tanımlı modellere yerleştirebilen ve küçük özellik boyutlarına sahip yapıların veya cihazların büyük-ölçekte yerleştirilmesine olanak tanıyan bir tekniktir. Şu anda LIFT teknolojisi, boyutları 0,1 ila 6 mm2 arasında değişen çeşitli elektronik bileşenlerin transferini başarıyla gerçekleştirmiştir. Şekil 5 tipik bir KALDIRMA sürecini göstermektedir. LIFT işleminde lazer şeffaf alt tabakadan geçer ve dinamik serbest bırakma katmanı tarafından emilir. Lazer ablasyon veya buharlaştırma yoluyla, dinamik serbest bırakma katmanı tarafından üretilen yüksek basınç hızla artar, böylece çip damgadan alıcı alt tabakaya aktarılır.
İyileştirmelerin ardından Uniqarta, kabarcıklı-tabanlı, lazer-kaynaklı bir ileri transfer teknolojisi (BB-LIFT) geliştirdi. Şekil 6'da gösterildiği gibi fark, lazer ışınımı sırasında DRL'nin yalnızca küçük bir kısmının darbe enerjisi sağlamak üzere gaz üretmek üzere kesilip çıkarılmasıdır. DRL, genişletilmiş bir kabarcık oluşturarak şok dalgasını içeride kapsülleyebilir, çipi alıcı alt tabakaya doğru daha yumuşak bir şekilde itebilir, bu da aktarım doğruluğunu artırabilir ve hasarı azaltabilir.
Damganın-yeniden kullanılamaması, BB-LIFT uygulamasını sınırlayan önemli bir faktördür. Maliyet-etkinliğini artırmak için araştırmacılar, Şekil 7'de gösterildiği gibi yeniden kullanılabilir kalıpların tasarımına dayanan yeniden kullanılabilir bir BB-LIFT tekniği geliştirdiler. Damga, metal katmanlı bir mikro boşluktan, boşluk duvarlarından ve mikro boşluğu kapsüllemek ve çipi bağlamak için kullanılan mikro yapılı elastik yapışkan kalıptan oluşur. 808 nm'lik bir lazerle aydınlatma altında, metal katman lazeri emer ve ısı üretir, bu da boşluk içindeki havanın hızla genişlemesine, damganın deforme olmasına ve yapışmasının büyük ölçüde azalmasına neden olur. Bu noktada kabarcık oluşumunun yarattığı darbe, talaşın damgadan ayrılmasını kolaylaştırır.
Büyük-ölçekli aktarımda, güvenilir bir alım sağlamak için alım sırasında-güçlü bir yapışma gerekirken, aktarımı gerçekleştirmek için yerleştirme sırasında yapışmanın mümkün olduğu kadar düşük olması gerekir. Bu nedenle anahtar teknoloji, yapışma anahtarlama oranının iyileştirilmesinde yatmaktadır. Araştırmacılar yapışkan katmana genişletilebilir mikroküreler yerleştirdiler ve harici termal uyarı oluşturmak için bir lazer ısıtma sistemi kullandılar. Alma işlemi sırasında-küçük-boyutlu gömülü genişletilebilir mikroküreler, yapışkan katman yüzeyinin düzlüğünü sağlarken, yapışkan katmanın güçlü yapışması üzerindeki etki ihmal edilebilir. Transfer işlemi sırasında, lazer ısıtma sistemi tarafından üretilen 90 derecelik harici termal uyarım, Şekil 8'de gösterildiği gibi, dahili mikrokürelerin hızlı bir şekilde genişlemesine neden olarak yapışkan katmana hızlı bir şekilde aktarılır. Bu, yüzeyde bir mikro-kaldırma yapısıyla sonuçlanır ve yüzey yapışmasını önemli ölçüde azaltır ve güvenilir bir salınım sağlar.
Araştırmacılar, büyük-ölçekli aktarım elde etmek için, aktarımın TRT ile işlevsel cihaz arasındaki yapışmadaki değişime bağlı olduğunu ve Şekil 9'da gösterildiği gibi sıcaklık parametreleri tarafından kontrol edildiğini buldu. Sıcaklık, kritik sıcaklık Tr'nin altında olduğunda, TRT/işlevsel cihazın enerji salınım hızı, işlevsel aygıt/kaynak alt katmanının kritik enerji salınım oranını aşar, bu da TRT/işlevsel cihaz arayüzünde çatlakların yayılmasına neden olur ve böylece işlevsel cihazı alır. Transfer işlemi sırasında, lazer ısıtma, sıcaklığı Tr kritik sıcaklığının üzerine çıkarır, TRT/fonksiyonel cihazın enerji salınım oranını, fonksiyonel cihazın/hedef substratın kritik enerji salınım oranından daha düşük hale getirir, böylece fonksiyonel cihazı hedef substrat üzerine başarılı bir şekilde aktarır.
