Phương pháp in chuyển màng mỏng vô cơ và MicroLED

Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đang báo cáo một phương pháp in chuyển màng mỏng vô cơ chất bán dẫn hoàn toàn mới, giải quyết các thách thức trong lĩnh vực điện tử mềm. Phương pháp này được gọi là Chuyển giao chọn lọc có hỗ trợ chân không siêu nhỏ (μVAST), bao gồm việc tạo ra các mảng lỗ siêu nhỏ trên đế thủy tinh bằng kỹ thuật khắc do tia laser. Quá trình này cho phép chuyển có chọn lọc các vi mạch bán dẫn lên các chất nền khác nhau, kể cả các chất nền linh hoạt mà không cần thêm chất kết dính hoặc gây hư hỏng cho chip.

Kỹ thuật μVAST

Kỹ thuật μVAST dựa trên mô-đun điều khiển chân không (VCM) bao gồm các kênh vi mô và các lỗ khoan bằng laser để tạo ra lực chân không vi mô để nhấc và đặt các chip bán dẫn. Nó mang lại khả năng chuyển đổi bám dính cao hơn, kiểm soát chính xác và giảm nguy cơ hư hỏng chip so với các phương pháp chuyển giao truyền thống. Điều này làm cho nó phù hợp để lắp ráp các chất bán dẫn vô cơ có kích thước siêu nhỏ trên các chất nền độc đáo.

Giáo sư Keon Jae Lee, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết: “Việc chuyển giao được hỗ trợ chân không vi mô cung cấp một công cụ thú vị để tích hợp có chọn lọc, quy mô lớn các chất bán dẫn vô cơ hiệu suất cao ở quy mô siêu nhỏ. Hiện tại, chúng tôi đang nghiên cứu việc in chuyển màng mỏng vô cơ các chip microLED thương mại có hệ thống đầu phun để thương mại hóa màn hình thế hệ tiếp theo (TV màn hình lớn, thiết bị linh hoạt/có thể co giãn) và các miếng dán trị liệu bằng ánh sáng có thể đeo được.”

Phương pháp in màng mỏng vô cơ đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc chuyển các vật liệu bán dẫn khác nhau, bao gồm cả MicroLED linh hoạt và bóng bán dẫn silicon, lên các chất nền khác nhau. μVAST dường như cho thấy hiệu suất truyền tải cao và độ lặp lại, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng thương mại trong sản xuất điện tử.

Điện tử linh hoạt

Điện tử và màn hình linh hoạt là một lĩnh vực mới nổi được hỗ trợ bởi những tiến bộ trong vật liệu và sản xuất. Chúng có những ứng dụng tiềm năng trong thiết bị đeo, thiết bị điện tử trên da, màn hình LED cong,… Tuy nhiên, những hạn chế trong chế tạo đã cản trở quá trình thương mại hóa.

MicroLED là một ứng cử viên cực kỳ hứa hẹn cho màn hình thế hệ tiếp theo nhờ lợi thế về hiệu suất so với các công nghệ khác. Nhưng chúng đi kèm với chi phí cao ngất ngưởng từ các quy trình in chuyển phức tạp để tích hợp đèn LED vào chất nền cuối cùng. Các kỹ thuật truyền khối lượng lớn có khả năng mở rộng nhưng vẫn chính xác là rất quan trọng để giảm giá.

Hiện có nhiều kỹ thuật chuyển giao khác nhau – dập, hỗ trợ bằng laser, lắp ráp chất lỏng,… – nhưng vẫn phải đối mặt với các vấn đề như độ chọn lọc thấp, hư hỏng chip, năng suất kém,… Lực chân không vi mô cũng đã được sử dụng, nhưng cần có sự kiểm soát chọn lọc tốt hơn để đảm bảo độ tin cậy, chuyển giao có hiệu quả về mặt chi phí.

Khoan lỗ siêu nhỏ trên kính có thể kích hoạt các hệ thống vi mô mới, nhưng các phương pháp thông thường như khắc và khoan laser có những hạn chế về độ chính xác, tỷ lệ khung hình, vết nứt,… ở cấp độ vi mô. Tuy nhiên, một kỹ thuật tiên tiến được gọi là khắc laser (LIE) hứa hẹn cho việc khoan các mảng lỗ siêu nhỏ 3D phức tạp với tốc độ cao.

Các nhà nghiên cứu đã tận dụng các mô-đun điều khiển chân không và lỗ siêu nhỏ LIE để phát triển một phương pháp truyền tải có chọn lọc mới có tên là μVAST. Nó đạt được độ bám dính và độ chọn lọc có thể chuyển đổi được tăng cường đáng kể để in chuyển hàng loạt so với các tùy chọn hiện có. Sự tích hợp không đồng nhất trên các bề mặt đa dạng được thực hiện với năng suất cao và không cần thêm chất kết dính.

Tìm hiểu thêm về màn hình ghép.