為(wei) 了解決(jue) 氮化镓（GaN）基發光二極管（LED）製造過程中藍寶石基底導熱、導電性能不佳的問題，Kelly等人提出了一種基於(yu) 紫外波長脈衝(chong) 激光的激光剝離技術（Laser Lift-Off, LLO）。該技術通過將激光作用於(yu) 藍寶石基底與(yu) GaN功能層的界麵，利用GaN受熱分解為(wei) 金屬镓和氮氣（N₂）的現象。氮氣的釋放和激光產(chan) 生的熱應力共同作用，使得GaN功能層能夠從(cong) 藍寶石基底上剝離並轉移至終端基底。這一突破性技術有效解決(jue) 了藍寶石基底導熱和導電性能不足的問題，從(cong) 而誕生了激光剝離技術。

在柔性電子製造中，無論是早期的LED，還是近年來應用廣泛的有機發光二極管（OLED），製造過程中高溫工藝（如沉積、蒸鍍等）對終端柔性基底的損傷(shang) 問題一直是關(guan) 鍵挑戰。為(wei) 了避免柔性基底在這些高溫工藝中損壞，通常需要在製造的初期使用玻璃、藍寶石或矽片等剛性材料作為(wei) 臨(lin) 時支撐基底，隨後通過剝離工藝將功能層轉移到柔性基底上。

與(yu) 化學剝離、機械剝離以及離子束剝離等其他技術相比，激光剝離具有能量輸入效率高、對器件損傷(shang) 小、設備通用性好、應用方式靈活等顯著優(you) 勢。因此，激光剝離技術不僅(jin) 更適合低損傷(shang) 、高效的大規模工業(ye) 化生產(chan) 需求，而且在柔性電子器件製造領域逐漸成為(wei) 研究熱點。

自2007年以來，德國的PlasticLogic公司便專(zhuan) 注於(yu) 柔性顯示屏的製造研究，並將激光剝離技術作為(wei) 其核心技術之一，用於(yu) 製造柔性薄膜晶體(ti) 管（TFT）。2018年，LG公司展示了全球最大的柔性透明顯示屏，具備80mm的彎曲半徑和40%的透明度。該顯示屏的製造過程中，剛性玻璃基底向柔性聚酰亞(ya) 胺（PI）基底的轉移，也采用了添加犧牲層的激光剝離工藝。此外，中國第一條全柔性AMOLED生產(chan) 線於(yu) 2017年10月正式投產(chan) ，該項目標誌著全球第六代柔性AMOLED量產(chan) 化生產(chan) 線的全麵落成，進一步證明了激光剝離技術在柔性電子器件（如柔性顯示器、柔性電池、柔性傳(chuan) 感器等）製造領域的巨大應用潛力。

然而，激光剝離技術的快速發展也麵臨(lin) 諸多挑戰。盡管激光與(yu) 材料相互作用的機理研究不斷深入，特別是近年來超快激光技術的進步，但隨著柔性電子器件的功能層厚度從(cong) 幾十微米減小到微米甚至亞(ya) 微米量級，這一技術的應用提出了更高的技術要求和研發難度。麵對柔性電子器件的飛速發展以及全球市場的激烈競爭(zheng) ，進一步提升激光剝離技術的性能已成為(wei) 緊迫的任務。

   激光剝離技術新方法

選擇性激光剝離技術

與(yu) 目前廣泛應用於(yu) 柔性顯示技術的有機發光二極管（OLED）相比，新一代顯示技術Micro-LED展現出諸多優(you) 異性能。其優(you) 勢體(ti) 現在更廣的色域、更高的亮度、更低的能耗以及在各種環境下具備更好的穩定性，這使得Micro-LED在未來的顯示技術中擁有巨大的發展潛力。Micro-LED的核心封裝對象是由高度集成的微型LED顆粒陣列構成，這些顆粒的最小尺寸可達到10-15μm。由於(yu) 每個(ge) 像素都能夠獨立尋址並驅動發光，因此實現顆粒單元的精準轉移、更換與(yu) 修複成為(wei) 可能。

傳(chuan) 統的激光剝離技術通常使用線形或矩形光斑，這種大麵積剝離的方式在處理微米級的Micro-LED顆粒時麵臨(lin) 挑戰，難以滿足新一代顯示技術對定向剝離和精確轉移的要求。因此，屏幕製造中的這一新技術難題亟待激光剝離技術的革新。

2016年，Kim等人針對生長在藍寶石基底上的GaN層Micro-LED陣列開展了選擇性激光剝離（SLLO）的研究。GaN層厚度為(wei) 5μm，研究人員通過不同尺寸的光斑進行剝離實驗，以探索在微小區域結構單元上實現Micro-LED陣列的精確更換和修複的可行性。在該實驗中，研究對象的像素結構尺寸為(wei) 100μm×100μm，通過調整光斑大小，初步實現了對這些微小單元的高選擇性剝離。

與(yu) 傳(chuan) 統激光剝離技術注重大麵積剝離不同，選擇性激光剝離（SLLO）更加強調剝離的精準性。其主要特點是通過聚焦光束，將光斑尺寸控製在與(yu) 待剝離器件相匹配的微米級範圍內(nei) 。然而，隨著轉移對象器件尺寸不斷縮小，聚焦光斑尺寸也需要達到微米級別，這就導致輻照區域的能量密度急劇增加，要求激光輸出功率必須保持在較低水平。然而，激光器在低功率輸出條件下的穩定性通常較差，激光參數的波動性也會(hui) 增大，因此，嚴(yan) 格控製激光的能量輸入並合理選擇犧牲層材料成為(wei) 推動SLLO技術進一步發展的關(guan) 鍵。

雖然選擇性激光剝離技術仍處於(yu) 研發的初期階段，但其在微型器件及陣列的精準轉移上展現出的巨大潛力，為(wei) 其在大規模集成電路和芯片製造領域的推廣應用提供了廣闊的前景。

選擇性激光剝離示意 圖源：公開網絡

激光誘導前向轉移技術

激光誘導前向轉移（Laser-Induced Forward Transfer, LIFT）技術於(yu) 2002年首次問世，其原理是通過激光脈衝(chong) 輻照透明基底表麵的薄膜吸收層，促使吸收層熔融液化並形成液滴射流。射流的動能推動功能層從(cong) 基底上分離並完成轉移。與(yu) 傳(chuan) 統的激光剝離技術（LLO）不同，LLO技術通常避免使用高黏性材料以減少剝離過程中的損傷(shang) ，而LIFT技術恰好利用了熔融膜層的流動特性，在高黏性材料轉移方麵展現出獨特的優(you) 勢。此外，由於(yu) LIFT技術能夠對液滴的形成與(yu) 轉移進行局部精確控製，它在小尺寸圖形和微結構的轉移中表現出極高的精準性，尤其適用於(yu) 聚合物等材料的精細加工。

LIFT技術的研究重點在於(yu) 對燒蝕液滴射流行為(wei) 的精確調控。相較於(yu) 傳(chuan) 統LLO技術，LIFT所需的激光能量強度大約隻有LLO的1/20至1/5，且對材料的剝離損傷(shang) 明顯較小。其低損傷(shang) 的特性引發了科學界的關(guan) 注，曾有人嚐試將LIFT技術應用於(yu) 生物細胞的轉移研究領域，以驗證其對生物組織的潛在影響和應用前景。

2012年，美國北達科他州立大學（North Dakota State University）的納米科學與(yu) 工程中心報道了另一種新的前向轉移工藝，稱為(wei) 熱機械選擇性激光輔助模轉移（Thermomechanical Selective Laser-Assisted Die Transfer, tmSLADT）。該技術與(yu) LIFT技術有所不同，它通過在材料中添加一個(ge) 具有彈性的動力釋放層（Dynamic Release Layer, DRL）。當脈衝(chong) 激光輻照該層的淺表區域時，高壓氣體(ti) 被瞬時產(chan) 生，而後借助釋放層的彈性特質，通過氣泡膨脹和推送作用將功能層從(cong) 基底上精確分離和轉移。與(yu) LIFT技術相比，tmSLADT技術在轉移過程中的器件損傷(shang) 率更低，適合更精細的微型結構轉移應用。和選擇性超快激光脈衝(chong) 前沿通過多光子電離與(yu) 碰撞電離產(chan) 生高密度等離子體(ti) ，這些等離子體(ti) 成為(wei) 後續激光能量的吸收源，將激光能量集約在幾納米的空間尺度上，以高溫的集約式膨脹等離子體(ti) 態在界麵處產(chan) 生高壓，推動薄膜脫落。如圖所示為(wei) 皮秒、飛秒激光剝離薄膜的橫截麵透射電鏡圖，通過測量 圖中不同區域的厚度，可以得出皮秒激光與(yu) 飛秒激光對薄膜的改性區深度分別為(wei) 100nm與(yu) 80nm。可以看出，皮秒激光具有更高的剝離效率。但同時也應注意到，與(yu) 飛秒激光作用區域相比，皮秒激光作用區域的矽空隙（圖中所示的Sivoid區）尺寸更大，數量更多，說明材料在皮秒激光剝離過程中的氣化膨脹程度更加劇烈，熱效應更明顯，需要在兼顧剝離效率的同時合理調控能量輸入。

tmSLADT技術原理示意圖 圖源：公開網絡

盡管tmSLADT技術展現出較高的潛力，但其氣泡推送效應受限於(yu) 動力釋放層的彈性和局部氣泡膨脹行為(wei) ，這在轉移定位的精準度、距離和效率上仍有待進一步優(you) 化。然而，tmSLADT技術在微小器件轉移和可重複性方麵比LIFT技術更具優(you) 勢，未來在大規模生產(chan) 和微電子領域有著廣闊的應用前景。

超快激光剝離技術

目前主流的激光剝離技術主要依賴於(yu) 熱作用機製，但該機製麵臨(lin) 的最大挑戰是剝離過程中產(chan) 生的熱損傷(shang) 問題。這些損傷(shang) 可能由激光束能量分布不均、掃描過程不穩定、激光輻照釋放的熱應力，以及膜層內(nei) 應力分布不均或殘餘(yu) 應力等因素導致。為(wei) 了解決(jue) 這些問題，研究人員提出采用脈寬小於(yu) 10⁻¹¹秒的超快激光來減少納秒激光源帶來的熱效應，因其具有“冷加工”特性。雖然超快激光與(yu) 透明介質的相互作用會(hui) 引發複雜的非線性現象，並且一度被認為(wei) 不適用於(yu) 激光剝離，但其在材料高精度加工中的獨特優(you) 勢，促使研究者不斷探索其在剝離工藝中的應用潛力。

超快激光作用於(yu) 薄膜示意圖 圖源：公開網絡

Rublack等進行了超快激光對材料非線性吸收影響的實驗，采用不同波長（266nm至10μm）和脈寬（50fs至2ps）的激光束輻照覆蓋在矽基底上的超薄二氧化矽（SiO₂）薄膜（厚度為(wei) 100nm）。實驗結果表明，超快激光引發的非熱蒸發不會(hui) 對作用區域周圍的矽造成顯著熱損傷(shang) ，且SiO₂薄膜的損傷(shang) 深度僅(jin) 為(wei) 幾納米。在400nm至1030nm的較寬波長範圍內(nei) ，SiO₂薄膜均能實現無損剝離。

2016年，Krause等進一步比較了532nm波長下皮秒和飛秒激光對摻鋁氧化鋅（AZO）導電氧化物薄膜與(yu) 非晶矽界麵燒蝕的影響。通過對不同脈衝(chong) 輻照區域的薄膜剝離形貌進行分析，發現超快激光剝離的薄膜大小與(yu) 激光光斑幾乎一致，表明超快激光在剝離過程中具有高度的局域約束性和選擇性。

超快激光脈衝(chong) 前沿通過多光子電離和碰撞電離產(chan) 生高密度等離子體(ti) ，這些等離子體(ti) 成為(wei) 激光能量的主要吸收源，將能量集中於(yu) 幾納米尺度的空間內(nei) ，並通過高溫膨脹等離子體(ti) 在界麵處產(chan) 生高壓，推動薄膜脫落。下圖展示了皮秒和飛秒激光剝離薄膜的橫截麵透射電子顯微圖（TEM），通過測量不同區域的厚度，發現皮秒激光與(yu) 飛秒激光剝離後的改性區深度分別為(wei) 100nm和80nm。

不同激光剝離薄膜橫截麵的 TEM 圖像。(a)皮秒激光;(b)飛秒激光 圖源：公開網絡

從(cong) 實驗結果來看，皮秒激光在剝離效率上略勝一籌，但與(yu) 此同時，其作用區域內(nei) 的熱效應也更加明顯。相比飛秒激光，皮秒激光剝離過程中產(chan) 生的矽空隙（Sivoid區）數量更多且尺寸更大，說明材料在皮秒激光作用下的氣化膨脹更為(wei) 劇烈。因此，雖然皮秒激光具有較高的剝離效率，但在實際應用中仍需合理調控能量輸入，以在效率和材料損傷(shang) 之間找到平衡點。