激光轉印技術研究取得新成果

10月27日，國際權威期刊《Science Advances》上在線發表了題為(wei) “Laser-driven hierarchical "gas-needles" for programmable and high-precision proximity transfer printing of microchips（激光驅動多級氣體(ti) 頂針用於(yu) 可編程、高精度的接近式微型芯片轉印）”的最新研究成果。華中科技大學智能製造裝備與(yu) 技術全國重點實驗室為(wei) 論文第一完成單位，華中科技大學博士生陳福榮為(wei) 本文的第一作者，黃永安教授和團隊合作教師南京郵電大學卞敬博士為(wei) 本文共同通訊作者。華中科技大學博士生蓋夢欣、餘(yu) 海洋，許章宇，碩士生孫寧寧、劉磊等參與(yu) 了此項研究。

轉印印刷技術（即微轉印，Micro-transfer printing）是微電子/柔性電子實現異質集成的關(guan) 鍵技術，如何高效率、高精度地將微尺度異質元器件批量地、精確地組裝到任意接收基底極具挑戰。例如新一代MicroLED顯示技術，其由上千萬(wan) 個(ge) 微尺度MicroLED 自發光芯片組成，亟需發展一種兼具高轉移效率（~100萬(wan) /h）、高轉移精度（~5 μm）和高良率（~99.99%）的巨量轉移技術，以滿足其規模化製造需求。激光輔助轉移技術利用微小尺寸光斑，結合多光束高速掃描，可實現超高的芯片轉移效率，被認為(wei) 是最具潛力的巨量轉移技術。傳(chuan) 統激光轉印技術分為(wei) 接觸式（芯片與(yu) 接收基底接觸）與(yu) 非接觸式（轉移前與(yu) 接收基底存在間距）兩(liang) 種。由於(yu) 轉移原理限製，目前的接觸式/非接觸式轉印技術無法同時實現高選擇性（可編程性）和高轉移精度，特別在非粘性接收基板上。因此，如何將高精度轉移與(yu) 單芯片獨立控製相結合，是激光轉移技術走向應用的關(guan) 鍵瓶頸之一。

該工作首次提出了一種新型的芯片轉移模式——投影接近式轉移（LaserPPT）。該模式利用了一種獨特的彈出式多級“氣體(ti) 頂針”結構，一級頂針先彈出將微尺度芯片推頂至接收基板，隨後表麵的二級小尺寸頂針彈出實現芯片釋放。這種方式同時實現了芯片-接收基板間距控製和界麵黏附調控，通過“先接近-再釋放”方式組裝微型芯片，將芯片和接收基底接觸模式由原先的從(cong) 無接觸變為(wei) 接觸模式，避免芯片“亂(luan) 飛”等現象，可高效率、高精度地將各種微尺度異質元器件批量地、精確地組裝到任意接收基底。

具體(ti) 而言，該技術先利用紫外激光在界麵生成帶有碳黑光熱轉換層的微空腔，作為(wei) 一級“氣體(ti) 頂針”。隨後利用碳黑光熱轉換成吸收紅外激光，通過熱量傳(chuan) 遞，促使圖章表麵的熱發泡微球發泡，以此形成了彈出式的第二級“氣體(ti) 頂針”結構。通過雙激光來依次誘導多級“氣體(ti) 頂針”依次膨脹，從(cong) 而同時實現了界麵黏附調控和芯片-接收基板的間距控製。係統的實驗表明，LaserPPT可以實現~1000倍的界麵粘附調控範圍，~ 4 μm 的超高轉移精度和超小的芯片尺寸兼容性（< 100 μm）。

為(wei) 了驗證LaserPPT 技術具有實現可編程、大麵積微尺度芯片的選擇性集成的功能。研究團隊通過自主研製的巨量轉移實驗平台（iGreatTransfer），將微尺度的“芯片”批量地集成在無粘附性接收基板上，最終形成“五宮格”、“蜂窩形”、“樹狀形”等轉移圖案。該工作進一步將MicroLED芯片集成到柔性電路板，驗證了了激光投影接近式技術可以成功集成MicroLED柔性顯示器件能力。