Micro LED技術(shù)，作為顯示技術(shù)領(lǐng)域的一顆新星，正逐漸成為推動(dòng)下一代顯示革新的關(guān)鍵力量。它在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，但也面臨著一些挑戰(zhàn)。

首先，隨著消費(fèi)者對顯示質(zhì)量的期望日益增長，特別是在智能手機(jī)和電視等消費(fèi)電子產(chǎn)品中，人們追求更清晰、更逼真且更節(jié)能的顯示效果。Micro LED技術(shù)以其卓越的色彩表現(xiàn)力、高對比度、快速響應(yīng)時(shí)間、高亮度和能效等特性，能夠滿足這些日益增長的需求，為用戶帶來卓越的視覺體驗(yàn)。

在可穿戴設(shè)備、汽車顯示、AR/VR等新興領(lǐng)域，對小型化、高分辨率、高可靠性和柔性顯示的需求不斷上升。Micro LED的特性使其成為這些領(lǐng)域的理想選擇。例如，在智能手表中，它能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的信息顯示；在汽車儀表盤上，它能夠提供清晰的駕駛信息；在AR/VR設(shè)備中，它能夠增強(qiáng)用戶的沉浸感。

然而，Micro LED技術(shù)在制造工藝上存在復(fù)雜性。它涉及高精度的芯片制造、微納米級的蝕刻和轉(zhuǎn)移技術(shù)等，這些過程對設(shè)備和技術(shù)的要求極高，且容易出錯(cuò)，導(dǎo)致生產(chǎn)良率較低，從而增加了制造成本。目前，Micro LED的大規(guī)模量產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)，尤其是芯片巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的問題，限制了產(chǎn)量的提升。

此外，由于生產(chǎn)過程的復(fù)雜性和產(chǎn)量的限制，Micro LED的成本相對較高，這在一定程度上阻礙了其在市場上的廣泛應(yīng)用。為了克服這些挑戰(zhàn)，業(yè)界需要在制造工藝上進(jìn)行創(chuàng)新，提高生產(chǎn)效率和良率，降低成本，以實(shí)現(xiàn)Micro LED技術(shù)的商業(yè)化和普及。

激光在Micro LED的應(yīng)用

1 激光外延生長技術(shù)：Micro LED芯片制造的核心

在Micro LED芯片的制造過程中，激光外延生長技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。這項(xiàng)技術(shù)通過激光加熱和材料沉積，在襯底上精確生長Micro LED芯片。以下是兩種主要的激光外延生長技術(shù)：脈沖激光沉積（PLD）和激光分子束外延（LMBE）。

脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)

PLD技術(shù)通過激光脈沖照射靶材，使靶材表面的原子和分子獲得足夠的動(dòng)能，形成等離子體羽狀物，并最終沉積在襯底上形成薄膜。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)微米級的局部生長和沉積，對結(jié)構(gòu)的控制更為精準(zhǔn)。例如，在制備光學(xué)薄膜和GaN薄膜時(shí)，PLD技術(shù)可以精確控制材料的生長位置和厚度。

PLD技術(shù)原理

激光分子束外延（LMBE）技術(shù)

與PLD不同，LMBE技術(shù)利用激光蒸發(fā)將金屬鎵和氮?dú)廪D(zhuǎn)化為高能原子和分子束。通過精確控制激光束，可以調(diào)節(jié)原子和分子束的方向和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)在襯底表面的精確沉積生長。

2 激光蝕刻技術(shù)：在Micro LED制造中的應(yīng)用

激光蝕刻是一種利用高能量激光束在芯片表面特定區(qū)域引發(fā)材料化學(xué)或物理變化，從而實(shí)現(xiàn)材料去除的技術(shù)。在半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)制造中，激光輔助干蝕刻（Laser-assisted dry etching）因其性能優(yōu)勢而受到重視。

激光輔助干蝕刻的性能優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的電感耦合等離子體（ICP）或反應(yīng)離子蝕刻（RIE）干蝕刻技術(shù)相比，激光輔助干蝕刻展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。它具有更高的蝕刻速率，大約是ICP/RIE的16倍，以及更好的蝕刻均勻性，空間均勻性可達(dá)到1-3%，優(yōu)于ICP/RIE的3-5%。此外，激光輔助干蝕刻的吞吐量更高，可以達(dá)到50-100片/小時(shí)，而ICP/RIE僅為10-20片/小時(shí)。在器件側(cè)壁質(zhì)量控制方面，激光輔助干蝕刻也能提供更優(yōu)的結(jié)果，側(cè)壁垂直度可達(dá)8-80°，表面粗糙度RMS可達(dá)0.5-1nm，均優(yōu)于ICP/RIE。

工藝復(fù)雜性

盡管激光輔助干蝕刻具有諸多優(yōu)勢，但其工藝復(fù)雜性不容忽視。光刻是半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)制造中的關(guān)鍵步驟，激光輔助干蝕刻中的光刻過程包括曝光、顯影、蝕刻和剝離四個(gè)主要步驟。這些步驟要求精確對準(zhǔn)掩模和圖案，以確保圖案的精確轉(zhuǎn)移。此外，由于UV激光能量吸收特性，蝕刻深度相對較淺，對于需要較大深度的Micro LED，可能需要進(jìn)行多次處理以達(dá)到所需深度。

激光輔助干蝕刻工藝

激光直接寫入技術(shù)：革新Micro LED制造

激光直接寫入（Laser Direct Writing，LDW）技術(shù)以其高精度無掩模蝕刻的特點(diǎn)，正在改變Micro LED的微納尺度制造領(lǐng)域。這項(xiàng)技術(shù)允許我們直接通過控制激光束在材料表面形成圖案，無需傳統(tǒng)光刻掩模，從而實(shí)現(xiàn)單步高精度、高效率的制造過程。

超快LDW技術(shù)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)LDW相比，超快LDW技術(shù)，尤其是飛秒激光技術(shù)，以其更高精度和更少的熱損傷脫穎而出。飛秒激光的脈沖極短，能夠避免熱傳導(dǎo)造成的熱損傷，這使得它成為加工GaN薄膜的新手段。飛秒激光的峰值功率極高，脈沖寬度在飛秒量級，與長脈沖激光或連續(xù)激光相比，飛秒激光脈沖寬度遠(yuǎn)小于被加工材料的電子-晶格弛豫時(shí)間，在晶格升溫之前電子完成對光子能量的吸收，因此在加工過程中電子與晶格處于非平衡態(tài)，抑制了熱擴(kuò)散，進(jìn)而極大地減小熱影響區(qū)、降低重鑄層厚度、減少表面微裂紋，最終實(shí)現(xiàn)材料的高精度、高質(zhì)量加工。

加工效率與適用性

LDW技術(shù)加工速度快，適用于多種類型的材料。在GaN薄膜的多重和選擇性圖案化中，LDW技術(shù)能制造出更小的微結(jié)構(gòu)，這對于提升Micro LED的性能至關(guān)重要。此外，飛秒激光直寫技術(shù)在制備功能化微流控芯片研究中也顯示出了其高效性。

工藝復(fù)雜性與挑戰(zhàn)

盡管LDW技術(shù)提供了諸多優(yōu)勢，但其工藝復(fù)雜性不容忽視。光刻是半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)制造的關(guān)鍵步驟，激光輔助干蝕刻中的光刻過程包括曝光、顯影、蝕刻和剝離四個(gè)主要步驟，需要精確對準(zhǔn)掩模和圖案。UV激光能量吸收特性導(dǎo)致蝕刻深度相對較淺，對于需要較大深度的Micro LED可能需要多次處理。

蝕刻后Micro LED示意圖

3 激光剝離技術(shù)（LLO）：實(shí)現(xiàn)GaN外延層與藍(lán)寶石襯底的高效分離

激光剝離技術(shù)（LLO）是一種先進(jìn)的制造工藝，它利用特定波長的激光能量來實(shí)現(xiàn)GaN外延層與藍(lán)寶石襯底之間的分離。這一技術(shù)的核心在于使用短波長激光，其光子能量高于GaN的能帶隙但低于藍(lán)寶石和AIN的能帶隙，從而確保激光能量主要被GaN層吸收。

LLO原理

技術(shù)優(yōu)勢

LLO技術(shù)的優(yōu)勢在于其能夠?qū)崿F(xiàn)外延片向高熱導(dǎo)率熱沉的轉(zhuǎn)移，這對于改善大尺寸芯片中的電流擴(kuò)展至關(guān)重要。此外，LLO技術(shù)還能增大發(fā)光面積，減少電極擋光，便于制備微結(jié)構(gòu)，并且減少刻蝕、磨片、劃片等后續(xù)工序。重要的是，藍(lán)寶石襯底可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，這不僅降低了成本，也符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

應(yīng)用前景

LLO技術(shù)在柔性電子制造領(lǐng)域尤其具有潛力。在制造過程中，為了避免柔性基底在高溫工藝中損壞，通常需要使用剛性材料作為臨時(shí)支撐基底，隨后通過LLO技術(shù)將功能層轉(zhuǎn)移到柔性基底上。這種技術(shù)不僅適合低損傷、高效的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需求，而且在柔性電子器件制造領(lǐng)域逐漸成為研究熱點(diǎn)。

LLO后SEM-PSS結(jié)構(gòu)

4 激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)：Micro LED芯片的高效轉(zhuǎn)移

激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是一種先進(jìn)的制造工藝，它通過激光照射透明基板上的動(dòng)態(tài)釋放層（DRL），實(shí)現(xiàn)局部能量吸收、消融和分解，產(chǎn)生的氣體壓力將界面材料和附著的器件轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板。這一技術(shù)在Micro LED芯片的轉(zhuǎn)移過程中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，尤其是在提高轉(zhuǎn)移效率和良率方面。

激光誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（LIFT）與DRL材料選擇

在激光誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（LIFT）過程中，DRL材料的選擇至關(guān)重要。理想的DRL材料需在激光作用下能產(chǎn)生合適的粘附和釋放特性。目前，有兩種主要的DRL材料被廣泛研究：

單層金屬膜（如Au-DRL）：曾被用于轉(zhuǎn)移熒光粉粉末，但可能殘留材料污染器件。

單層聚合物材料（如光分解性三嗪聚合物TP或聚酰亞胺PI）：可分解成揮發(fā)性產(chǎn)物，減少污染。TP產(chǎn)生的沖擊波可能損壞器件，而PI通過熱分解產(chǎn)生氣體和機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)高效高精度轉(zhuǎn)移。

技術(shù)優(yōu)化與挑戰(zhàn)

為了克服傳統(tǒng)LIFT技術(shù)的局限性，如低放置精度和芯片損傷問題，研究人員不斷嘗試新的方法。例如，激光誘導(dǎo)熱氣泡轉(zhuǎn)移技術(shù)通過控制激光照射產(chǎn)生氣體形成氣泡護(hù)盾，溫和推動(dòng)芯片轉(zhuǎn)移，提高了轉(zhuǎn)移精度并減少了損傷。此外，通過優(yōu)化DRL材料和結(jié)構(gòu)、改進(jìn)激光參數(shù)控制等手段，提升技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。

LIFT原理

5 激光輔助鍵合技術(shù)：提升Micro LED鍵合效率與精度

激光輔助鍵合（LAB）技術(shù)是一種利用高強(qiáng)度激光束照射金屬表面，實(shí)現(xiàn)電氣連接的先進(jìn)制造工藝。與傳統(tǒng)的粘接工藝相比，LAB技術(shù)以其選擇性鍵合和局部加熱的優(yōu)勢，尤其適用于小間距Micro LED的鍵合。

激光輔助鍵合原理

LAB技術(shù)的核心在于使用高功率激光源，通過光纖、準(zhǔn)直儀以及均化器產(chǎn)生平頂激光束，照射到芯�；蛐枰�焊接的器件上，使芯粒及器件在數(shù)秒內(nèi)由室溫升至焊接溫度，并焊接在基板、interposer或堆疊的另一個(gè)芯粒上。激光束的功率密度分布和空間特性對于整個(gè)工藝至關(guān)重要，均勻的功率分布可以避免BUMP橋接或接觸不良的缺陷。

LAB技術(shù)的優(yōu)勢

LAB技術(shù)具有多個(gè)顯著優(yōu)勢。首先，其非接觸特性降低了芯片受損風(fēng)險(xiǎn)，提高了鍵合可靠性和成品率。其次，LAB技術(shù)可以減少熱應(yīng)力和晶圓翹曲風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效率，確保鍵合精度和穩(wěn)定性。此外，LAB技術(shù)還具有制程簡單、鍵合效率高、對位貼合精度高、光斑均勻性好、高精度溫度恒定系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，確保溫度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)不同溫度設(shè)定，實(shí)現(xiàn)梯度溫度控制。

技術(shù)挑戰(zhàn)與最新進(jìn)展

盡管LAB技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)，如低放置精度和芯片損傷問題。為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員不斷嘗試新的方法。例如，激光誘導(dǎo)熱氣泡轉(zhuǎn)移技術(shù)通過控制激光照射產(chǎn)生氣體形成氣泡護(hù)盾，溫和推動(dòng)芯片轉(zhuǎn)移，提高了轉(zhuǎn)移精度并減少了損傷。此外，通過優(yōu)化DRL材料和結(jié)構(gòu)、改進(jìn)激光參數(shù)控制等手段，提升技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。

Au/Sn激光輔助鍵合

6 激光檢測與修復(fù)技術(shù)：提升Micro LED性能的關(guān)鍵

激光檢測原理

激光檢測技術(shù)基于光致發(fā)光（PL）現(xiàn)象，當(dāng)Micro LED被高能量激光束激發(fā)時(shí)，電子從導(dǎo)帶躍遷到價(jià)帶，發(fā)生輻射產(chǎn)生光子。通過檢測這些光子的特性（如波長、強(qiáng)度等），我們可以評估Micro LED的性能。這種非接觸性的檢測方式無需與Micro LED芯片直接接觸，避免了對芯片造成物理損傷，保證了芯片的完整性和性能。

高精度檢測

激光檢測技術(shù)能夠精確檢測芯片的發(fā)光性能。通過調(diào)整激光光斑大小至2μm以下，可以實(shí)現(xiàn)對Micro LED的精確分析，有效識(shí)別微小缺陷。這種高精度的檢測能力對于提升Micro LED芯片的質(zhì)量至關(guān)重要。

掃描檢測與效率提升

對Micro LED進(jìn)行掃描檢測，可以獲得PL強(qiáng)度映射圖像，從而快速定位缺陷芯片的位置，提高檢測效率。通過比較不同芯片的PL強(qiáng)度，可以直觀發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度較低的缺陷芯片，這種方法大大提高了檢測的效率和準(zhǔn)確性。

激光檢測-PL強(qiáng)度

激光修復(fù)技術(shù)：提升Micro LED芯片質(zhì)量的關(guān)鍵

激光修復(fù)技術(shù)是一種利用高能量紫外激光在Micro LED芯片的缺陷區(qū)域進(jìn)行消除的先進(jìn)工藝。這一技術(shù)通過精確的激光束照射，去除或修復(fù)Micro LED中的缺陷部分，具有速度快、效率高的特點(diǎn)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)顯著提升芯片質(zhì)量。

技術(shù)優(yōu)勢

激光修復(fù)技術(shù)的主要優(yōu)勢包括：

高效性：與傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)相比，激光修復(fù)技術(shù)能夠快速對缺陷區(qū)域進(jìn)行處理，大大縮短了修復(fù)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

非接觸性：激光修復(fù)無需與Micro LED芯片直接接觸，避免了對芯片造成物理損傷，保證了芯片的完整性和性能。

高精度：激光修復(fù)能夠精確檢測芯片的發(fā)光性能，通過調(diào)整激光光斑大小至2μm以下，實(shí)現(xiàn)對Micro LED的精確分析，有效識(shí)別并修復(fù)微小缺陷。

提升良率：通過修復(fù)缺陷芯片，激光修復(fù)技術(shù)有助于提高M(jìn)icro LED芯片的良率，減少廢品率，從而提升整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

降低成本：激光修復(fù)技術(shù)因其高效性和精確性，有助于降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。

轉(zhuǎn)自：鐳神泰克科技

來源：激光之研

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