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परिचय
माइक्रो एलईडी तकनीक, अगली पीढ़ी की डिस्प्ले तकनीक के अत्याधुनिक क्षेत्र के रूप में, व्यापक ध्यान और अनुसंधान प्राप्त कर रही है। पारंपरिक लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले और ऑर्गेनिक लाइट उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी) की तुलना में, माइक्रो एलईडी उच्च चमक, उच्च कंट्रास्ट और व्यापक रंग सरगम प्रदान करते हैं, साथ ही कम बिजली की खपत करते हैं और लंबे समय तक चलते हैं। यह माइक्रो एलईडी को टेलीविजन, स्मार्टफोन, छोटे पहनने योग्य उपकरणों, वाहन स्क्रीन और एआर/वीआर अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण क्षमता प्रदान करता है। माइक्रो एलईडी, एलसीडी और ओएलईडी के बीच मापदंडों की तुलना।
माइक्रो एलईडी चिप्स को ग्रोथ सब्सट्रेट से लक्ष्य सब्सट्रेट तक स्थानांतरित करने में बड़े पैमाने पर स्थानांतरण एक महत्वपूर्ण कदम है। माइक्रो एलईडी चिप्स के उच्च घनत्व और छोटे आकार के कारण, पारंपरिक स्थानांतरण विधियां उच्च परिशुद्धता हस्तांतरण की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए संघर्ष करती हैं। सर्किट ड्राइव के साथ माइक्रो एलईडी के संयोजन वाले डिस्प्ले ऐरे को प्राप्त करने के लिए माइक्रो एलईडी चिप्स (कम से कम नीलमणि सब्सट्रेट → अस्थायी सब्सट्रेट → नए सब्सट्रेट से) के कई बड़े पैमाने पर स्थानांतरण की आवश्यकता होती है, जिसमें हर बार बड़ी संख्या में चिप्स स्थानांतरित होते हैं, जिससे स्थानांतरण प्रक्रिया की उच्च स्थिरता और सटीकता की आवश्यकता होती है। लेजर मास ट्रांसफर माइक्रो एलईडी चिप्स को देशी नीलमणि सब्सट्रेट से लक्ष्य सब्सट्रेट में स्थानांतरित करने की एक तकनीक है। सबसे पहले, चिप्स को लेजर लिफ्ट के माध्यम से मूल नीलमणि सब्सट्रेट से अलग किया जाता है; फिर, लक्ष्य सब्सट्रेट पर एब्लेशन किया जाता है ताकि चिप्स को चिपकने वाली सामग्री (जैसे पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन) के साथ सब्सट्रेट पर स्थानांतरित किया जा सके। अंत में, टीएफटी बैकप्लेन पर मेटल बॉन्डिंग बल का उपयोग करके, चिप्स को पीडीएम सब्सट्रेट से टीएफटी बैकप्लेन में स्थानांतरित किया जाता है।
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लेज़र लिफ्ट-प्रौद्योगिकी से बाहर
लेज़र मास ट्रांसफ़र का पहला चरण लेज़र लिफ्ट{0}ऑफ़ (एलएलओ) है। लेजर लिफ्ट की उपज सीधे तौर पर संपूर्ण लेजर स्थानांतरण प्रक्रिया की अंतिम उपज को निर्धारित करती है। माइक्रो एलईडी आमतौर पर निर्माण के लिए GaN एपिटैक्सियल परतों को विकसित करने के लिए Si और नीलमणि जैसे सब्सट्रेट्स का उपयोग करते हैं। Si और GaN के बीच महत्वपूर्ण जाली बेमेल और थर्मल विस्तार गुणांक अंतर हैं, इसलिए माइक्रो एलईडी चिप्स की तैयारी में नीलमणि सब्सट्रेट का अधिक उपयोग किया जाता है।
नीलम का बैंडगैप 9.9eV है, GaN 3.39eV है, और AlN 6.2eV है। लेजर लिफ्टऑफ का सिद्धांत एक लघु तरंगदैर्घ्य लेजर का उपयोग करना है, जिसकी फोटॉन ऊर्जा GaN बैंडगैप से अधिक है, लेकिन नीलम और AlN के बैंडगैप से कम है, जो नीलम की ओर से विकिरणित होती है। लेज़र नीलमणि और AlN से होकर गुजरता है और GaN सतह परत द्वारा अवशोषित हो जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान, सतह GaN थर्मल अपघटन से गुजरती है। चूँकि Ga का गलनांक लगभग 30 डिग्री है, N2 और तरल Ga उत्पन्न होते हैं, और N2 निकल जाता है, जिससे यांत्रिक रूप से GaN एपीटैक्सियल परत नीलमणि सब्सट्रेट से अलग हो जाती है। इंटरफ़ेस पर होने वाली अपघटन प्रतिक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
फोटॉन ऊर्जा के सूत्र के अनुसार, उपरोक्त शर्तों को पूरा करने वाली इष्टतम लेजर तरंग दैर्ध्य निम्नलिखित सीमा में होनी चाहिए: 125 एनएम <209 एनएम λ से कम या उसके बराबर 365 एनएम से कम या उसके बराबर। अनुसंधान से पता चलता है कि लेज़र पल्स चौड़ाई, लेज़र तरंग दैर्ध्य, और लेज़र ऊर्जा घनत्व लेज़र एब्लेशन प्रक्रिया को प्राप्त करने में प्रमुख कारक हैं।
माइक्रो एलईडी के साथ पूर्ण रंग उत्सर्जन प्राप्त करने के लिए, छोटे, उच्च रिज़ॉल्यूशन रंग डिस्प्ले पिक्सल बनाने के लिए एक ही सब्सट्रेट पर लाल, हरे और नीले माइक्रो एलईडी चिप्स को सटीक रूप से व्यवस्थित और एकीकृत करना आवश्यक है। हालाँकि, एलएलओ गैर-समान लाल, हरे और नीले माइक्रो एलईडी उपकरणों के चयनात्मक एकीकरण के लिए उपयुक्त नहीं है। इसके अलावा, प्रदर्शन उत्पादों की उपज में सुधार के लिए क्षतिग्रस्त माइक्रो एलईडी चिप्स की थोड़ी संख्या की चुनिंदा मरम्मत करना महत्वपूर्ण है। इसलिए, लेज़र सेलेक्टिव लिफ्ट{{6}ऑफ़ (एसएलएलओ) तकनीक उभरी है। यह तकनीक जटिल बैच प्रक्रियाओं की आवश्यकता के बिना, विषम एकीकरण और चयनात्मक मरम्मत के लिए उपयुक्त है। यह चुनिंदा रूप से कुछ पूर्व निर्दिष्ट एलईडी को स्थानांतरित कर सकता है और क्षतिग्रस्त एलईडी की मरम्मत भी कर सकता है।
माइक्रो एलईडी चिप्स और सब्सट्रेट के बीच इंटरफेस को चुनिंदा रूप से अलग करने के लिए लेजर का उपयोग करके एसएलएलओ हासिल किया जाता है। प्रकाश स्रोत के रूप में आमतौर पर पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग किया जाता है। लघु तरंग दैर्ध्य प्रकाश सामग्री के साथ अधिक मजबूती से संपर्क करता है, जिससे अधिक सटीक लिफ्ट प्रक्रिया सक्षम होती है। इसके अलावा, लिफ्टऑफ प्रक्रिया के दौरान पराबैंगनी प्रकाश द्वारा उत्पन्न गर्मी अपेक्षाकृत कम होती है, जिससे थर्मल क्षति का खतरा कम हो जाता है।
यूनीकार्टा ने एक बड़े पैमाने पर समानांतर लेजर एक्सफोलिएशन विधि का प्रस्ताव दिया है, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। एकल पल्स लेजर के आधार पर एक एक्स {2 } यह योजना एक ही बार में एक्सफ़ोलिएशन किए गए चिप्स की संख्या में उल्लेखनीय रूप से वृद्धि करती है, जिससे 100 एम/एच की एक्सफ़ोलिएशन दर, ±34 μm की स्थानांतरण सटीकता और अच्छी दोष पहचान क्षमता प्राप्त होती है, जो विभिन्न वर्तमान आकारों और सामग्रियों के हस्तांतरण के लिए उपयुक्त है।
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लेज़र ट्रांसफ़र तकनीक
लेज़र मैसिव ट्रांसफ़र का दूसरा चरण लेज़र ट्रांसफ़र है, जो डेलेमिनेटेड चिप को अस्थायी सब्सट्रेट से बैकप्लेन में स्थानांतरित करता है। कोहेरेंट द्वारा प्रस्तावित लेज़र {{1} प्रेरित फॉरवर्ड ट्रांसफर (एलआईएफटी) तकनीक एक ऐसी तकनीक है जो विभिन्न कार्यात्मक सामग्रियों और संरचनाओं को उपयोगकर्ता परिभाषित पैटर्न में रख सकती है, जिससे छोटे फीचर आकार के साथ संरचनाओं या उपकरणों के बड़े पैमाने पर प्लेसमेंट को सक्षम किया जा सकता है। वर्तमान में, LIFT तकनीक ने 0.1 से लेकर 6mm2 से अधिक आकार वाले विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक घटकों के हस्तांतरण को सफलतापूर्वक हासिल कर लिया है। चित्र 5 एक विशिष्ट LIFT प्रक्रिया दिखाता है। लिफ्ट प्रक्रिया में, लेजर पारदर्शी सब्सट्रेट से गुजरता है और गतिशील रिलीज परत द्वारा अवशोषित होता है। लेजर एब्लेशन या वाष्पीकरण के माध्यम से, गतिशील रिलीज परत द्वारा उत्पन्न उच्च दबाव तेजी से बढ़ता है, जिससे चिप को स्टैम्प से प्राप्त सब्सट्रेट में स्थानांतरित किया जाता है।
सुधारों के बाद, यूनीकार्टा ने ब्लिस्टर आधारित लेज़र {{1} प्रेरित फॉरवर्ड ट्रांसफर तकनीक (बीबी {2 LIFT) विकसित की। जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है, अंतर यह है कि लेजर विकिरण के दौरान, डीआरएल का केवल एक छोटा सा हिस्सा प्रभाव ऊर्जा प्रदान करने के लिए गैस उत्पन्न करने के लिए पृथक किया जाता है। डीआरएल एक विस्तारित ब्लिस्टर बनाकर शॉक वेव को अंदर समाहित कर सकता है, चिप को प्राप्त सब्सट्रेट की ओर अधिक धीरे से धकेल सकता है, जिससे स्थानांतरण सटीकता में सुधार हो सकता है और क्षति कम हो सकती है।
स्टाम्प की गैर-{{0}पुन: प्रयोज्यता बीबी -LIFT के अनुप्रयोग को सीमित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। लागत-प्रभावशीलता में सुधार करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पुन: प्रयोज्य सांचों के डिजाइन के आधार पर एक पुन: प्रयोज्य बीबी - लिफ्ट तकनीक विकसित की है, जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है। स्टैम्प में धातु की परत के साथ एक माइक्रोकैविटी होती है, जिसमें कैविटी की दीवारें होती हैं और एक माइक्रोस्ट्रक्चर्ड लोचदार चिपकने वाला मोल्ड होता है जिसका उपयोग माइक्रोकैविटी को घेरने और चिप को जोड़ने के लिए किया जाता है। 808 एनएम लेजर द्वारा रोशनी के तहत, धातु की परत लेजर को अवशोषित करती है और गर्मी उत्पन्न करती है, जिससे गुहा के अंदर हवा तेजी से फैलती है, स्टांप विकृत हो जाती है और इसके आसंजन को काफी कम कर देती है। इस बिंदु पर, बुलबुले बनने से उत्पन्न प्रभाव स्टैम्प से चिप को अलग करने की सुविधा प्रदान करता है।
बड़े पैमाने पर स्थानांतरण में, विश्वसनीय अधिग्रहण सुनिश्चित करने के लिए पिक अप के दौरान मजबूत आसंजन की आवश्यकता होती है, जबकि स्थानांतरण प्राप्त करने के लिए प्लेसमेंट के दौरान आसंजन जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए। इसलिए, मुख्य तकनीक आसंजन स्विचिंग अनुपात में सुधार करने में निहित है। शोधकर्ताओं ने चिपकने वाली परत में विस्तार योग्य माइक्रोस्फीयर को एम्बेड किया है और बाहरी थर्मल उत्तेजना उत्पन्न करने के लिए लेजर हीटिंग सिस्टम का उपयोग किया है। पिक अप प्रक्रिया के दौरान, छोटे आकार के एम्बेडेड विस्तार योग्य माइक्रोस्फीयर चिपकने वाली परत की सतह की समतलता सुनिश्चित करते हैं, जबकि चिपकने वाली परत के मजबूत आसंजन पर प्रभाव को नजरअंदाज किया जा सकता है। स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान, लेजर हीटिंग सिस्टम द्वारा उत्पन्न 90 डिग्री बाहरी थर्मल उत्तेजना तेजी से चिपकने वाली परत में स्थानांतरित हो जाती है, जिससे आंतरिक माइक्रोस्फीयर तेजी से विस्तारित होते हैं, जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है। इसके परिणामस्वरूप सतह पर एक सूक्ष्म लिफ्ट संरचना बनती है, जो सतह के आसंजन को काफी कम करती है और विश्वसनीय रिलीज प्राप्त करती है।
बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पाया कि स्थानांतरण टीआरटी और कार्यात्मक डिवाइस के बीच आसंजन में भिन्नता पर निर्भर करता है, और तापमान मापदंडों द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जैसा कि चित्र 9 में दिखाया गया है। जब तापमान महत्वपूर्ण तापमान टीआर से नीचे होता है, तो टीआरटी/कार्यात्मक डिवाइस की ऊर्जा रिलीज दर कार्यात्मक डिवाइस/स्रोत सब्सट्रेट की महत्वपूर्ण ऊर्जा रिलीज दर से अधिक हो जाती है, जिससे टीआरटी/कार्यात्मक डिवाइस इंटरफ़ेस पर दरारें फैल जाती हैं, जिससे कार्यात्मक डिवाइस में रुकावट आती है। स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान, लेजर हीटिंग तापमान को महत्वपूर्ण तापमान Tr से ऊपर बढ़ा देता है, जिससे TRT/कार्यात्मक डिवाइस की ऊर्जा रिलीज दर कार्यात्मक डिवाइस/लक्ष्य सब्सट्रेट की महत्वपूर्ण ऊर्जा रिलीज दर से कम हो जाती है, जिससे कार्यात्मक डिवाइस को लक्ष्य सब्सट्रेट पर सफलतापूर्वक स्थानांतरित किया जाता है।
