近年來，微型組件大面積、可編程地組裝到任意基板上在先進電子領(lǐng)域被廣泛探索和研究，然而微組裝技術(shù)仍處于發(fā)展的初級階段，仍有生產(chǎn)成本高、精度低、可控性差等問題，導(dǎo)致很多實際應(yīng)用無法商業(yè)化。

半導(dǎo)體所新型顯示團隊針對微器件巨量組裝與集成方面的挑戰(zhàn)開展了系列創(chuàng)新性研究，開發(fā)了一種通過光刺激調(diào)控光敏聚合物的表面形貌和界面粘附力，從而實現(xiàn)大面積、高保真且可編程的微器件巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，相關(guān)研究成果發(fā)表在自然合作期刊《npj Flexible Electronics》(工程技術(shù)一區(qū)top，影響因子12.7)。

微器件巨量組裝的一個典型應(yīng)用實例是微型發(fā)光二極管（Micro LED）顯示，Micro LED由于在功耗、亮度、響應(yīng)速度等方面具有傳統(tǒng)液晶技術(shù)和OLED無法比擬的優(yōu)勢，已受到顯示行業(yè)的廣泛關(guān)注。

然而，盡管Micro LED顯示器具有許多優(yōu)點和潛在應(yīng)用，但數(shù)以百萬計的Micro LED芯片尺寸小至幾微米，使用傳統(tǒng)的機械抓手和真空噴嘴的抓取和放置技術(shù)來操控微器件變得越來越困難。因此，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界亟待開發(fā)高速、低成本、大面積的微組裝技術(shù)。

圖1：光響應(yīng)轉(zhuǎn)移技術(shù)基本原理（左）及實例效果（右）

為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，近日半導(dǎo)體所新型顯示團隊提出了基于光刺激調(diào)控光敏聚合物的表面形貌和界面粘附力，從而實現(xiàn)微器件巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)方案（圖1）。團隊采用外部光照誘導(dǎo)聚合物生長，使光敏物質(zhì)產(chǎn)生局部區(qū)域的凹陷和凸起，產(chǎn)生的高度差可實現(xiàn)將待轉(zhuǎn)移芯片和非轉(zhuǎn)移芯片選擇性編程轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板。

同時，光刺激導(dǎo)致聚合物使芯片從強附著狀態(tài)快速切換到弱附著狀態(tài)，實現(xiàn)芯片從聚合物中快速釋放。這兩種效應(yīng)的相互作用使得超小型元件可大面積、可編程的組裝到各種粘附性基板上。研究團隊通過組裝ITO、GaN、鈣鈦礦量子點和Au薄膜等不同材料和功能器件驗證該技術(shù)方案的可行性，結(jié)果表明該技術(shù)能將不同材料和功能器件大面積、高保真且可編程的轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板。

 

圖2：Micro-LED轉(zhuǎn)移和顯示集成效果樣例

隨后，研究團隊?wèi)?yīng)用該技術(shù)實現(xiàn)了高密度Micro LED的快速、可編程轉(zhuǎn)移，并制備了平面及柔性Micro LED顯示原型器件（圖2），進一步證明了該技術(shù)的通用性、以及曲面轉(zhuǎn)移和集成的潛力。

與之前報道的方法相比，這項技術(shù)滿足了大面積(4英寸)、低成本、可編程轉(zhuǎn)移超薄和精細的組件(特征尺寸到10μm，厚度到250 nm)的需求。該技術(shù)將在探索下一代高性能電子產(chǎn)品，如高分辨率顯示器、生物集成健康監(jiān)測電子產(chǎn)品和曲面電子產(chǎn)品方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、省重點研發(fā)計劃、中國博士后科學(xué)基金、省科學(xué)院實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展能力建設(shè)專項資金等項目資助。省科學(xué)院半導(dǎo)體研究所郭嬋博士為論文第一作者，學(xué)術(shù)帶頭人龔政博士為通訊作者。

論文鏈接：https://www./articles/s41528-022-00180-w