近年来，微型组件大面积、可编程地组装到任意基板上在先进电子领域被广泛探索和研究，然而微组装技术仍处于发展的初级阶段，仍有生产成本高、精度低、可控性差等问题，导致很多实际应用无法商业化。省科学院半导体所新型显示团队针对微器件巨量组装与集成方面的挑战开展了系列创新性研究，开发了一种通过光刺激调控光敏聚合物的表面形貌和界面粘附力，从而实现大面积、高保真且可编程的微器件巨量转移技术，相关研究成果发表在自然合作期刊《npj Flexible Electronics》。
微器件巨量组装的一个典型应用实例是微型发光二极管（Micro-LED）显示，Micro-LED由于在功耗、亮度、响应速度等方面具有传统液晶技术和OLED无法比拟的优势，已受到显示行业的广泛关注。然而，尽管Micro-LED显示器具有许多优点和潜在应用，但数以百万计的Micro-LED芯片尺寸小至几微米，使用传统的机械抓手和真空喷嘴的抓取和放置技术来操控微器件变得越来越困难。因此，半导体产业界亟待开发高速、低成本、大面积的微组装技术。
图1：光响应转移技术基本原理（左）及实例效果（右）
为了应对上述挑战，近日半导体所新型显示团队提出了基于光刺激调控光敏聚合物的表面形貌和界面粘附力，从而实现微器件巨量转移技术方案（图1）。团队采用外部光照诱导聚合物生长，使光敏物质产生局部区域的凹陷和凸起，产生的高度差可实现将待转移芯片和非转移芯片选择性编程转移至目标基板。同时，光刺激导致聚合物使芯片从强附着状态快速切换到弱附着状态，实现芯片从聚合物中快速释放。这两种效应的相互作用使得超小型元件可大面积、可编程的组装到各种粘附性基板上。研究团队通过组装ITO、GaN、钙钛矿量子点和Au薄膜等不同材料和功能器件验证该技术方案的可行性，结果表明该技术能将不同材料和功能器件大面积、高保真且可编程的转移至目标基板。
图2：Micro-LED转移和显示集成效果样例
随后，研究团队应用该技术实现了高密度Micro-LED的快速、可编程转移，并制备了平面及柔性Micro-LED显示原型器件（图2），进一步证明了该技术的通用性、以及曲面转移和集成的潜力。与之前报道的方法相比，这项技术满足了大面积(4英寸)、低成本、可编程转移超薄和精细的组件(特征尺寸到10μm，厚度到250 nm)的需求。该技术将在探索下一代高性能电子产品，如高分辨率显示器、生物集成健康监测电子产品和曲面电子产品方面具有巨大的应用潜力。
该研究工作得到了国家重点研发计划、省重点研发计划、中国博士后科学基金、省科学院实施创新驱动发展能力建设专项资金等项目资助。省科学院半导体研究所郭婵博士为论文第一作者，学术带头人龚政博士为通讯作者。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41528-022-00180-w
（省科学院半导体所 郭婵/供稿）
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