1.تحظى تقنية Micro LED، باعتبارها مجالًا رائدًا في تكنولوجيا العرض من الجيل التالي-، باهتمام وأبحاث واسعة النطاق. بالمقارنة مع شاشات الكريستال السائل التقليدية والثنائيات الباعثة للضوء العضوي (OLED)، توفر شاشات Micro LED سطوعًا أعلى وتباينًا أعلى ونطاقًا لونيًا أوسع، مع استهلاك أقل للطاقة وعمر افتراضي أطول. وهذا يمنح Micro LED إمكانات هائلة في مجالات مثل أجهزة التلفزيون، والهواتف الذكية، والأجهزة-الذكية الصغيرة الحجم القابلة للارتداء، وشاشات السيارات-، والواقع المعزز/الواقع الافتراضي. تظهر مقارنة المعلمات بين Micro LED وLCD وOLED في الشكل 1.
يعد النقل الجماعي خطوة أساسية في نقل شرائح Micro LED من ركيزة النمو إلى الركيزة المستهدفة. نظرًا للكثافة العالية والحجم الصغير لرقائق Micro LED، فإن طرق النقل التقليدية تكافح من أجل تلبية متطلبات الدقة العالية. يتطلب تحقيق مصفوفة عرض تجمع بين مصابيح Micro LEDs ومشغلات الدوائر عمليات نقل جماعية متعددة لرقائق Micro LED (على الأقل من ركيزة الياقوت إلى ركيزة مؤقتة إلى ركيزة جديدة)، مع نقل عدد كبير من الرقائق في كل مرة، مما يضع متطلبات عالية على استقرار ودقة عملية النقل. النقل الجماعي بالليزر عبارة عن تقنية لنقل شرائح Micro LED من ركيزة الياقوت الأصلية إلى الركيزة المستهدفة. أولاً، يتم فصل الرقائق عن ركيزة الياقوت الأصلية عن طريق التقشير بالليزر؛ بعد ذلك، يتم إجراء معالجة الاجتثاث على الركيزة المستهدفة لنقل الرقائق إلى ركيزة تحتوي على مادة لزجة (مثل ثنائي ميثيل سيلوكسان). أخيرًا، يتم نقل الرقائق من الركيزة PDM إلى لوحة الكترونية معززة TFT باستخدام قوة الربط المعدنية على لوحة الكترونية معززة TFT.
02تقنية التقشير بالليزر
الخطوة الأولى في النقل بالجملة بالليزر هي التقشير بالليزر (LLO). يحدد ناتج التقشير بالليزر بشكل مباشر الناتج النهائي لعملية نقل الليزر بأكملها. تستخدم مصابيح LED الصغيرة عادةً ركائز مثل Si والياقوت لتنمية طبقات GaN الفوقي للتحضير. هناك مشكلات مهمة مثل عدم تطابق الشبكة الكبيرة والاختلافات في معاملات التمدد الحراري بين مواد Si وGaN؛ لذلك، يتم استخدام ركائز الياقوت بشكل أكثر شيوعًا عند إعداد شرائح Micro LED. تبلغ فجوة نطاق الياقوت 9.9 فولت، وGaN 3.39 فولت، وAlN 6.2 فولت. يتضمن مبدأ التقشير بالليزر استخدام أشعة ليزر قصيرة الطول مع طاقة فوتون أكبر من فجوة طاقة GaN ولكن أقل من فجوات نطاق طاقة الياقوت وAlN، والتي تشع من جانب الياقوت. يمر الليزر عبر الياقوت وAlN، ثم يمتصه سطح GaN. خلال هذه العملية، يخضع سطح GaN للتحلل الحراري، وبما أن نقطة انصهار GaN تبلغ حوالي 30 درجة، يتم إنشاء N2 والسائل Ga، مع هروب N2 لاحقًا، وبالتالي تحقيق فصل الطبقة الفوقية GaN عن ركيزة الياقوت من خلال القوة الميكانيكية. يمكن تمثيل تفاعل التحلل الذي يحدث في الواجهة على النحو التالي:
وفقًا لصيغة طاقة الفوتون، يجب أن يقع الطول الموجي الأمثل لليزر الذي يستوفي الشروط المذكورة أعلاه ضمن النطاق التالي: 125 نانومتر < 209 نانومتر أقل من أو يساوي 365 نانومتر أو أقل. تظهر الأبحاث أن عرض نبضة الليزر وطول موجة الليزر وكثافة طاقة الليزر هي عوامل رئيسية في تحقيق عملية الاستئصال بالليزر.
للحصول على إضاءة Micro LED بالألوان الكاملة-، من الضروري ترتيب شرائح Micro LED ودمجها بدقة باللون الأحمر والأخضر والأزرق على نفس الركيزة لإنشاء بكسل عرض ملون صغير وعالي الدقة-. لا تعد طريقة Laser Lift-Off (LLO) مناسبة للتكامل الانتقائي لأجهزة Micro LED غير الموحدة ذات اللون الأحمر والأخضر والأزرق. علاوة على ذلك، يعد الإصلاح الانتقائي لعدد صغير من شرائح Micro LED التالفة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين إنتاجية منتجات العرض. لذلك، ظهرت تقنية إيقاف رفع الليزر الانتقائي (SLLO). تنطبق هذه التقنية على التكامل غير المتجانس والإصلاح الانتقائي، دون الحاجة إلى إجراء معالجة مجمعة. ويمكنه أيضًا نقل مصابيح LED معينة{10}} بشكل انتقائي وإصلاح مصابيح LED التالفة. ويعمل SLLO باستخدام إشعاع الليزر لتقشير شرائح Micro LED بشكل انتقائي من الواجهة مع الركيزة. عادة ما يستخدم الضوء فوق البنفسجي كمصدر للضوء. يتفاعل الضوء ذو الطول الموجي الأقصر بقوة أكبر مع المواد، مما يتيح عملية تقشير أكثر دقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحرارة المتولدة أثناء عملية التقشير بالأشعة فوق البنفسجية منخفضة نسبيًا، مما يقلل من خطر الضرر الحراري.
اقترحت Uniqarta طريقة تقشير ليزر متوازية واسعة النطاق-، كما هو موضح في الشكل 4. من خلال إضافة ماسح ضوئي ليزر X-Y إلى الليزر النبضي الفردي، يتم حيود شعاع ليزر واحد إلى أشعة ليزر متعددة، مما يتيح تقشير الرقائق على نطاق واسع-. يزيد هذا المخطط بشكل كبير من عدد الرقائق المقشرة في عملية واحدة، ويحقق معدل تقشير يبلغ 100 م/ساعة، مع دقة نقل تبلغ ±34 ميكرومتر، ويمتلك قدرات جيدة للكشف عن العيوب، مما يجعله مناسبًا لنقل مختلف الأحجام والمواد حاليًا.
3 تكنولوجيا نقل الليزر
الخطوة الثانية من النقل الهائل بالليزر هي النقل بالليزر، والذي يتضمن نقل الرقائق المجردة من الركيزة المؤقتة إلى اللوحة الإلكترونية المعززة. تعد تقنية النقل الأمامي المستحث بالليزر (LIFT) التي اقترحتها شركة Coherent طريقة يمكنها وضع مواد وهياكل وظيفية متنوعة في أنماط محددة بواسطة المستخدم -، مما يسمح بوضع الهياكل أو الأجهزة ذات الحجم الصغير على نطاق واسع-. حاليًا، نجحت تقنية LIFT في نقل المكونات الإلكترونية المختلفة بأحجام تتراوح من 0.1 إلى أكثر من 6 مم². ويبين الشكل 5 عملية LIFT النموذجية. في عملية LIFT، يمر الليزر عبر الركيزة الشفافة ويتم امتصاصه بواسطة طبقة الإطلاق الديناميكية. نظرًا لتأثير الليزر الاستئصالي أو التبخيري، فإن الضغط العالي الناتج عن طبقة الإطلاق الديناميكية يزداد بسرعة، وبالتالي يتم نقل الشريحة من الختم إلى الركيزة المستقبلة.
بعد إجراء التحسينات، قامت Uniqarta بتطوير تقنية النقل للأمام المستحث بالليزر-والتي تعتمد على البثور (BB-LIFT). كما هو مبين في الشكل 6، الفرق هو أنه أثناء تشعيع الليزر، يتم استئصال جزء صغير فقط من DRL وينتج غازًا لتوفير طاقة التأثير. يمكن لـ DRL تغليف موجة الصدمة داخل نفطة متوسعة، مما يدفع الشريحة بلطف نحو الركيزة المستقبلة، مما يمكن أن يحسن دقة النقل ويقلل الضرر.
يعد عدم إمكانية إعادة استخدام الختم- عاملاً هامًا يحد من تطبيق BB-LIFT. لتحسين فعالية التكلفة-، طور الباحثون تقنية BB-LIFT قابلة لإعادة الاستخدام استنادًا إلى تصميم طوابع قابلة لإعادة الاستخدام، كما هو موضح في الشكل 7. يتكون الختم من تجاويف دقيقة بطبقة معدنية، مع جدران تجويف وقالب لاصق مرن به هياكل مجهرية تستخدم لتغليف التجاويف الدقيقة وربط الرقاقة. عند تشعيعها بالليزر 808 نانومتر، تمتص الطبقة المعدنية الليزر وتولد الحرارة، مما يتسبب في تمدد الهواء داخل التجويف بسرعة، مما يؤدي إلى تشوه الختم وتقليل التصاقه بشكل كبير. عند هذه النقطة، تؤدي الصدمة الناتجة عن الفقاعات إلى انفصال الشريحة عن الختم.
في عمليات النقل على نطاق واسع-، يلزم وجود التصاق قوي أثناء الانتقاء لضمان التقاط موثوق به؛ أثناء التنسيب، يجب أن يكون الالتصاق في أدنى حد ممكن لتحقيق النقل، وبالتالي فإن جوهر التكنولوجيا يكمن في تحسين نسبة تبديل قوة الالتصاق. قام الباحثون بدمج كريات مجهرية قابلة للتوسيع في الطبقة اللاصقة واستخدموا نظام تسخين بالليزر لتوليد محفزات حرارية خارجية. أثناء عملية الالتقاط، تضمن الكرات المجهرية الصغيرة القابلة للتوسيع-الحجم استواء سطح الطبقة اللاصقة، بينما يمكن إهمال التأثير على الالتصاق القوي للطبقة اللاصقة. ومع ذلك، أثناء عملية النقل، ينتقل التحفيز الحراري الخارجي بمقدار 90 درجة الناتج عن نظام التسخين بالليزر بسرعة إلى الطبقة اللاصقة، مما يتسبب في توسع الكرات المجهرية الداخلية بسرعة، كما هو موضح في الشكل 8. وينتج عن هذا بنية خشنة دقيقة ذات طبقات - على السطح، مما يقلل بشكل كبير من التصاق السطح ويحقق تحريرًا موثوقًا.
لتحقيق نقل واسع النطاق، وجد الباحثون أن النقل يعتمد على التغير في الالتصاق بين TRT والجهاز الوظيفي، ويتم التحكم فيه بواسطة معلمات درجة الحرارة، كما هو موضح في الشكل 9. عندما تكون درجة الحرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة Tr، يكون معدل إطلاق الطاقة لجهاز TRT/الجهاز الوظيفي أكبر من معدل إطلاق الطاقة الحرجة للركيزة الأساسية للجهاز/المصدر، مما يؤدي إلى انتشار الشقوق في واجهة TRT/الجهاز الوظيفي، مما يسمح بالتقاط الجهاز الوظيفي. أثناء عملية النقل، يتم رفع درجة الحرارة فوق درجة الحرارة الحرجة Tr عن طريق التسخين بالليزر، ويكون معدل إطلاق الطاقة لجهاز TRT/الجهاز الوظيفي أقل من معدل إطلاق الطاقة الحرجة للجهاز الوظيفي/الركيزة المستهدفة، مما يسمح بنقل الجهاز الوظيفي بنجاح إلى الركيزة المستهدفة.
