Большой - Хайнаньская компания по производству пластиковых бутылок, ООО

npj Flexible Electronics, том 6, номер статьи: 44 (2022 г.) Цитировать эту статью

2049 Доступов

4 цитаты

8 Альтметрика

Подробности о метриках

Программируемая сборка различных микрообъектов большой площади на произвольных подложках является фундаментальной, но сложной задачей. Здесь предлагается простая технология микросборки на уровне пластины, основанная на световом изменении топографии поверхности и межфазной адгезии мягкого светочувствительного полимера. В частности, регулируемый светом рост полимера создает на поверхности штампа локально вдавленные и приподнятые зоны. С другой стороны, снижение адгезии под действием света облегчает высвобождение чернил из полимера. Взаимодействие этих двух эффектов делает возможным программируемую сборку сверхмалых компонентов на различных подложках, покрытых дополнительными клеевыми слоями. Верность этой техники подтверждается сочетанием разнообразных материалов и функциональных устройств с размером печати до 4 дюймов. Эта работа обеспечивает рациональную стратегию крупномасштабной и программируемой сборки различных деликатных микрообъектов, обходя общие проблемы некоторых существующих методов, такие как плохая однородность переноса, небольшая площадь печати и высокая стоимость.

Методы гетерогенной интеграции различных материалов из выращенных ими подложек на получение интересующих подложек в желаемой компоновке широко исследовались в течение последних десятилетий1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21. Благодаря развитию различных методов микросборки был продемонстрирован широкий спектр экспериментальных устройств и функциональных систем, открывающих большой потенциал в различных приложениях, таких как дисплеи с высоким разрешением2,10,22,23,24, гибкая оптоэлектроника25,26,27, биоинтегрированная электроника28,29, криволинейная электроника30 и многие другие передовые приложения19,31,32,33. Однако эти методы микросборки все еще находятся на начальной стадии развития. Отсутствие зрелых технологий сборки препятствовало коммерциализации множества различных устройств и приложений.

Возможность программируемой сборки крошечных чипов имеет жизненно важное значение7,9,13,14,20. Одним из заметных преимуществ такой программируемой передачи является эффективный контроль затрат. Программируемая передача позволяет переносить небольшую часть компонентов за раз, в то время как остальные устройства все еще остаются на донорской подложке5,14,20. Следовательно, любой потенциальный риск потери устройства может быть сведен к минимуму. Еще одним достоинством является управление дефектами. Дефектные устройства могут быть исключены, и на целевую подложку выборочно переносятся только функциональные устройства. Самое главное, что программируемая микросборка позволяет компоновать компоненты в формате, отличном от исходного7,9,22. Например, расстояние и шаг передаваемых объектов можно настроить в соответствии с потребностями отдельного пользователя. Примером приложений, требующих программируемой сборки, является микромасштабный светодиодный (Micro-LED) дисплей7,22,24,29,34,35, который вызвал интенсивный исследовательский интерес в индустрии дисплеев из-за его высокой яркости, низкой энергопотребление и высокая скорость переключения. Для этого конкретного применения миллионы чипов Micro-LED размером до нескольких десятков микрон должны быть плотно подготовлены на исходных пластинах для экономии средств, а затем перенесены и напечатаны на управляемой объединительной плате с желаемой компоновкой в относительно разреженной форме. Хотя эти сверхмалые чипы позволяют максимизировать плотность чипов на единицу площади, они создают серьезные проблемы для точной сборки. Сообщается, что при уменьшении размера чипа до 100 мкм или ниже сила Ван-дер-Ваальса (VDW) и/или электростатическая сила на поверхности чипа могут доминировать над гравитационной силой36. В результате точное и быстрое освобождение этих крошечных устройств, основанное на традиционных методах захвата и размещения с использованием роботизированных захватов и вакуумных насадок, становится все более затруднительным. По этим причинам крайне желательна разработка альтернативных методов высокопроизводительной программируемой сборки сверхмалых компонентов с высоким выходом и высокой скоростью.

can then be readily released by breaking the tethers and then transferred to a target transparent glass coated with a SU8 as the adhesion layer (Fig. 6b). Thanks to the robust transfer process and large adhesion switchability of the photo-sensitive stamp, nearly 100% transfer yield of the Micro-LED has been achieved. SEM inspection and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis confirm the transferred chips are free from contamination (Supplementary Fig. 18). Minimized electrical degradation is confirmed by comparing the I-V characteristic of Micro-LEDs on the original growth Si <111> wafer with those transferred to the glass substrate, indicating the transfer process has minimized side-effect on the device performance (Fig. 6c). However, the emission wavelength is slightly redshifted, owning to the strain release during undercutting the LED devices55 and/or junction heating56 (Fig. 6d)./p> wafer using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system (Oxford Plasmalab 800Plus). On top of the SiO2 film, an AZ2035 photoresist layer was then spun coated, and patterned by optical lithography. The next step was to deposit 250 nm, Au, using a Metal E-beam Evaporator (DE400) at a base pressure of <5 × 10−7 Torr, followed by a metal lift-off process using acetone solvent to strip off the photoresist. The sacrificial SiO2 layer was then undercut by diluted BOE etch for 60 s using the patterned Au as a mask, resulting in form of suspended Au membrane arrays weakly bonded to the substrate and ready for printing./p> wafers, with epi-stacks consisting of 150 nm p-GaN dopped with Mg, 200-nm InGaN/GaN Multiple Quantum Wells (MQWs), 1600-nm n-GaN dopped with Si and 1450-nm GaN buffer (Supplementary Fig. 15). The fabrication procedure is schematically shown in Supplementary Fig. 16. The process began with depositing a transparent conducting film ITO (250 nm) on p-GaN by using a sputter system, followed by rapid thermal annealing at 550 °C for 5 min in O2 ambient to form an ohmic contact to p-GaN. A wet etching using HCl solution was conducted to form well-defined ITO pattern using photolithographic defined AZ4620 resist as a mask. The same photo-resist AZ4620 mask was then used to expose the regions of n-GaN by dry etching using an inductively coupled plasma (ICP) system (Oxford Plasmalab system 133). After stripping off the residual resist, A 500 nm layer of SiO2 was deposited by PECVD, followed by BOE wet etching to form a patterned SiO2 mask using lithography defined AZ 4620 photoresist. This SiO2 mask was then used to define isolated GaN mesa array structures, which also define the emission area (50 μm × 80 μm). A 300 nm SiO2 passivation layer was deposited by PECVD and patterned by photo-lithography. Both p-contact and n-contact metal pads (Ti:10 nm/Au:350 nm) are deposited via e-beam evaporator, followed by a lift-off process using a patterned AZ2035 photoresist. The formed contact pads were then annealed at 450 °C for 45 s in O2 ambient. Finally, anisotropic undercut etching of the silicon was performed by immersing the sample in a solution of TMAH at 85 °C for 30 min to form tethered Micro-LED structures for transfer printing./p>. The formed GaN mesas were then served as masks to undercut the silicon underneath, results in forming printable GaN inks weakly bonded to the substrate./p>