激光辅助界面烧蚀实现巨量转移Micro LED的原理

Micro LED，又称为mLED或μLED，是一种基于微型发光二极管（LED）的新型自发光显示技术。它以其高分辨率、高色彩饱和度、低功耗、长寿命和快速响应速度等优势，被视为“终极显示方案”。然而，Micro LED的制造过程中，巨量转移成为了一个至关重要的环节。所谓巨量转移，即将数百万甚至数千万颗微米级的LED晶粒正确且有效率地移动到电路基板上的过程。由于Micro LED芯片尺寸小、集成度高，传统的转移方法难以满足高精度的转移要求，因此激光辅助界面烧蚀技术应运而生。

激光辅助界面烧蚀技术是一种将Micro LED芯片从原生基板转移到目标基板的高效方法。这一技术主要分为两个步骤：激光剥离和激光转移。

激光剥离

激光剥离（Laser Lift-Off，LLO）是激光辅助界面烧蚀技术的第一步。它利用光子能量大于GaN能量带隙而小于蓝宝石和AIN带隙的短波长激光，从蓝宝石一侧开始辐照。在这个过程中，激光透过蓝宝石及AIN后，被表层GaN吸收。由于GaN吸收光子能量后发生热分解，产生N2和液态Ga，N2随之逸出，从而通过机械力实现GaN外延层与蓝宝石衬底的分离。

激光剥离的良率直接决定了整个激光转移的最终良率。研究表明，激光脉宽、激光波长、激光能量密度是实现激光剥离工艺的关键因素。为了实现高效的激光剥离，通常要求激光波长在125nm至365nm之间。此外，激光剥离过程还需要精确控制激光的功率和分辨率，以避免对芯片性能的影响，同时达到高产品良率。

激光转移

激光转移是将剥离下的Micro LED芯片从临时基板转移到目标基板的过程。这一步骤通常采用激光诱导前向转移技术（Laser Induced Forward Transfer，LIFT）。LIFT技术能够将各种功能材料和结构以用户定义的图案放置，实现大规模放置微小特征尺寸的结构或器件。

在LIFT过程中，激光穿过透明基板并被动态释放层（Dynamic Release Layer，DRL）吸收。通过激光的烧蚀或汽化作用，DRL产生的高压迅速增加，从而将芯片从图章转移到接收基板上。为了提高转移精度并减少损坏，研究人员开发了基于泡罩（Blister）的激光诱导前向转移技术（BB-LIFT）。在BB-LIFT过程中，只有一小部分DRL被烧蚀并产生气体提供冲击能量，通过创建一个膨胀的泡罩将冲击波封装在内部，将芯片更柔和地推向接收基板。

除了LIFT技术外，还有其他激光转移方法，如直接分解方式、形成鼓泡方式和应力辅助方式。直接分解方式利用界面区域材料吸收光束能量引起的快速物理变化或化学反应产生驱动力来调控界面状态。形成鼓泡方式则在界面处烧蚀一定深度，瞬时产生的气体产物形成鼓泡，使芯片从响应层脱落并转移至接收基板。应力辅助方式则是响应层材料吸收激光能量后产生热膨胀效应，在热应力或剪切应力作用下产生形变，使芯片转移至目标基板。

巨量转移的挑战与前景

巨量转移技术面临的主要挑战包括提高转移良率、控制转移精度以及实现高速转移。传统的LED机械式转移效率远远无法满足Micro LED显示的转移要求，需要采用全新的技术来实现。目前，业内主要有激光选择性释放、静电力吸附、流体装配、弹性印模、滚轴转印等几种技术方式。其中，激光辅助转移技术在转移精度、转移效率方面均具有优势，且具有高度可选择性，被认为是Micro LED巨量转移技术中最有希望实现大规模量产应用的一种。

随着Micro LED显示技术的不断发展，巨量转移技术将成为制约其量产的关键。未来，随着激光技术的不断进步和转移设备的持续优化，激光辅助界面烧蚀技术有望在Micro LED制造领域发挥更大的作用，推动Micro LED显示技术的商业化进程。