01
مقدمة
تحظى تقنية Micro LED، باعتبارها-مجالًا متطورًا من تكنولوجيا العرض-الجيل القادم، باهتمام وأبحاث واسعة النطاق. بالمقارنة مع شاشات الكريستال السائل التقليدية والثنائيات الباعثة للضوء العضوي (OLED)، توفر مصابيح Micro LED سطوعًا أعلى وتباينًا أعلى ونطاقًا لونيًا أوسع، بينما تستهلك أيضًا طاقة أقل وتتمتع بعمر أطول. وهذا يمنح مصابيح Micro LED إمكانات كبيرة في أجهزة التلفزيون، والهواتف الذكية، والأجهزة الصغيرة القابلة للارتداء، وشاشات المركبات-، وتطبيقات الواقع المعزز/الواقع الافتراضي. مقارنة المعلمات بين Micro LED وLCD وOLED.
يعد النقل الجماعي خطوة أساسية في نقل شرائح Micro LED من ركيزة النمو إلى الركيزة المستهدفة. نظرًا للكثافة العالية وصغر حجم شرائح Micro LED، فإن طرق النقل التقليدية تكافح من أجل تلبية متطلبات -النقل عالي الدقة. يتطلب تحقيق مصفوفة عرض تجمع بين Micro LED ومحرك الدائرة عمليات نقل جماعية متعددة لرقائق Micro LED (على الأقل من ركيزة الياقوت ← ركيزة مؤقتة ← ركيزة جديدة)، مع نقل عدد كبير من الرقائق في كل مرة، مما يتطلب ثباتًا ودقة عالية في عملية النقل. النقل الجماعي بالليزر هو تقنية لنقل رقائق Micro LED من ركيزة الياقوت الأصلية إلى الركيزة المستهدفة. أولاً، يتم فصل الرقائق عن ركيزة الياقوت الأصلية من خلال الرفع بالليزر -؛ بعد ذلك، يتم إجراء الاجتثاث على الركيزة المستهدفة لتمكين نقل الرقائق إلى الركيزة بمواد لاصقة (مثل بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان). أخيرًا، باستخدام قوة الربط المعدنية على لوحة الكترونية معززة TFT، يتم نقل الرقائق من ركيزة PDM إلى لوحة الكترونية معززة TFT.
02
تقنية رفع الليزر-متوقفة
الخطوة الأولى لنقل الكتلة بالليزر هي إيقاف الرفع بالليزر (LLO). يحدد ناتج رفع الليزر- بشكل مباشر الناتج النهائي لعملية نقل الليزر بأكملها. تستخدم مصابيح LED الصغيرة عادةً ركائز مثل Si والياقوت لتنمية طبقات GaN الفوقي للتصنيع. هناك اختلافات كبيرة في عدم تطابق الشبكة ومعامل التمدد الحراري بين Si وGaN، لذلك يتم استخدام ركائز الياقوت بشكل أكثر شيوعًا في تحضير شرائح Micro LED.
فجوة نطاق الياقوت هي 9.9eV، وGaN هي 3.39eV، وAlN هي 6.2eV. مبدأ رفع الليزر-هو استخدام ليزر قصير الطول-مع طاقة فوتون أكبر من فجوة نطاق GaN ولكن أقل من فجوات نطاق الياقوت وAlN، ويشع من جانب الياقوت. يمر الليزر عبر الياقوت و AlN ويتم امتصاصه بواسطة الطبقة السطحية لـ GaN. خلال هذه العملية، يخضع سطح GaN للتحلل الحراري. نظرًا لأن نقطة انصهار GaN تبلغ حوالي 30 درجة، يتم إنشاء N2 والسائل Ga، ويهرب N2، وبالتالي يتم فصل الطبقة الفوقية GaN ميكانيكيًا عن ركيزة الياقوت. يمكن تمثيل تفاعل التحلل الذي يحدث في الواجهة على النحو التالي:
وفقًا لصيغة طاقة الفوتون، يجب أن يكون الطول الموجي الأمثل لليزر الذي يستوفي الشروط المذكورة أعلاه في النطاق التالي: 125 نانومتر < 209 نانومتر أقل من أو يساوي أقل من أو يساوي 365 نانومتر. تظهر الأبحاث أن عرض نبضة الليزر وطول موجة الليزر وكثافة طاقة الليزر هي عوامل رئيسية في تحقيق عملية الاستئصال بالليزر.
لتحقيق انبعاث كامل للألوان- باستخدام مصابيح Micro LED، من الضروري ترتيب ودمج شرائح Micro LED باللون الأحمر والأخضر والأزرق بدقة على نفس الركيزة لإنشاء وحدات بكسل عرض ملونة صغيرة وعالية الدقة-. ومع ذلك، LLO غير مناسب 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 الرفع الانتقائي بالليزر (SLLO). هذه التقنية مناسبة للتكامل غير المتجانس والإصلاح الانتقائي، دون الحاجة إلى عمليات دفعية معقدة. ويمكنه أيضًا نقل بعض مصابيح LED-المحددة مسبقًا بشكل انتقائي وإصلاح مصابيح LED التالفة.
يتم تحقيق SLLO باستخدام الليزر لفصل الواجهة بشكل انتقائي بين شرائح Micro LED والركيزة. يستخدم الضوء فوق البنفسجي عادة كمصدر للضوء. يتفاعل الضوء ذو الطول الموجي القصير-بقوة أكبر مع المادة، مما يتيح عملية رفع-أكثر دقة. بالإضافة إلى ذلك، تكون الحرارة الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية أثناء عملية الرفع-منخفضة نسبيًا، مما يقلل من خطر التلف الحراري.
اقترحت Uniqarta طريقة تقشير ليزر متوازية واسعة النطاق-، كما هو موضح في الشكل 4. من خلال إضافة ماسح ضوئي ليزر X-Y على أساس نبضة ليزر واحدة-واحدة، يتم حيود شعاع ليزر واحد إلى حزم متعددة، مما يتيح تقشير شريحة كبيرة الحجم-. يزيد هذا المخطط بشكل كبير من عدد الرقائق التي تم تقشيرها في عملية واحدة، مما يحقق معدل تقشير يبلغ 100 م/ساعة، ودقة نقل تبلغ ±34 ميكرومتر، وقدرة جيدة على اكتشاف العيوب، ومناسبة لنقل مختلف الأحجام والمواد الحالية.
03
تكنولوجيا نقل الليزر
الخطوة الثانية من النقل الهائل بالليزر هي النقل بالليزر، الذي ينقل الشريحة المصفحة من الركيزة المؤقتة إلى اللوحة الإلكترونية المعززة. إن تقنية النقل الأمامي المستحث بالليزر (LIFT) التي اقترحتها شركة Coherent هي تقنية يمكنها وضع مواد وهياكل وظيفية متنوعة في أنماط محددة بواسطة المستخدم -، مما يتيح وضع الهياكل أو الأجهزة على نطاق واسع- بأحجام ميزات صغيرة. 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. من خلال الاستئصال بالليزر أو التبخير، يزداد الضغط العالي الناتج عن طبقة الإطلاق الديناميكية بسرعة، وبالتالي يتم نقل الشريحة من الختم إلى الركيزة المستقبلة.
بعد إجراء التحسينات، طورت Uniqarta تقنية النقل للأمام-المستحثة بالليزر-باستخدام الليزر (BB-LIFT). كما هو مبين في الشكل 6، يكمن الفرق في أنه أثناء تشعيع الليزر، يتم استئصال جزء صغير فقط من DRL لتوليد الغاز لتوفير طاقة التأثير. يمكن لـ DRL تغليف موجة الصدمة بالداخل عن طريق إنشاء بثرة موسعة، ودفع الشريحة بلطف أكثر نحو الركيزة المستقبلة، مما يمكن أن يحسن دقة النقل ويقلل الضرر.
يعد عدم إمكانية إعادة استخدام الختم- عاملاً مهمًا يحد من تطبيق BB-LIFT. لتحسين فعالية التكلفة-، طور الباحثون تقنية BB-LIFT قابلة لإعادة الاستخدام استنادًا إلى تصميم قوالب قابلة لإعادة الاستخدام، كما هو موضح في الشكل 7. يتكون الختم من تجويف صغير بطبقة معدنية، مع جدران تجويفية وقالب لاصق مرن ذو بنية مجهرية يستخدم لتغليف التجاويف الدقيقة وربط الرقاقة. تحت إضاءة ليزر 808 نانومتر، تمتص الطبقة المعدنية الليزر وتولد الحرارة، مما يتسبب في تمدد الهواء داخل التجويف بسرعة، مما يؤدي إلى تشويه الختم وتقليل التصاقه بشكل كبير. عند هذه النقطة، يسهل التأثير الناتج عن تكوين الفقاعة فصل الرقاقة عن الختم.
في النقل على نطاق واسع-، يلزم وجود التصاق قوي أثناء الالتقاط-لضمان الحصول على موثوق به، بينما يجب أن يكون الالتصاق منخفضًا قدر الإمكان أثناء الموضع لتحقيق النقل. ولذلك، فإن التكنولوجيا الرئيسية تكمن في تحسين نسبة تبديل الالتصاق. قام الباحثون بدمج كريات مجهرية قابلة للتوسيع في الطبقة اللاصقة واستخدموا نظام تسخين بالليزر لتوليد تحفيز حراري خارجي. أثناء عملية الالتقاط-، تضمن الكرات المجهرية الصغيرة الحجم-المدمجة والقابلة للتوسيع استواء سطح الطبقة اللاصقة، بينما يمكن إهمال التأثير على الالتصاق القوي للطبقة اللاصقة. أثناء عملية النقل، يتم نقل التحفيز الحراري الخارجي بمقدار 90 درجة الناتج عن نظام التسخين بالليزر بسرعة إلى الطبقة اللاصقة، مما يتسبب في تمدد الكرات المجهرية الداخلية بسرعة، كما هو موضح في الشكل 8. وينتج عن هذا بنية رفع دقيقة على السطح، مما يقلل بشكل كبير من التصاق السطح ويحقق تحريرًا موثوقًا.
لتحقيق نقل واسع النطاق، وجد الباحثون أن النقل يعتمد على الاختلاف 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، فإن معدل إطلاق الطاقة لجهاز TRT/الجهاز الوظيفي يتجاوز معدل إطلاق الطاقة الحرج للركيزة الأساسية للجهاز/المصدر، مما يتسبب في انتشار الشقوق في واجهة TRT/الجهاز الوظيفي، وبالتالي التقاط الجهاز الوظيفي. أثناء عملية النقل، يؤدي التسخين بالليزر إلى رفع درجة الحرارة فوق درجة الحرارة الحرجة Tr، مما يجعل معدل إطلاق الطاقة لجهاز TRT/الجهاز الوظيفي أقل من معدل إطلاق الطاقة الحرج للجهاز الوظيفي/الركيزة المستهدفة، وبالتالي يتم نقل الجهاز الوظيفي بنجاح إلى الركيزة المستهدفة.
