近年來，微型組件大面積、可編程地組裝到任意基板上在先進電子領域被廣泛探索和研究，然而微組裝技術仍處于發(fā)展的初級階段，仍有生產(chǎn)成本高、精度低、可控性差等問題，導致很多實際應用無法商業(yè)化。

    廣東省科學院半導體所新型顯示團隊針對微器件巨量組裝與集成方面的挑戰(zhàn)開展了系列創(chuàng)新性研究，開發(fā)了一種通過光刺激調(diào)控光敏聚合物的表面形貌和界面粘附力，從而實現(xiàn)大面積、高保真且可編程的微器件巨量轉移技術，相關研究成果發(fā)表在自然合作期刊《npj Flexible Electronics》(工程技術一區(qū)top，影響因子12.7)。

    微器件巨量組裝的一個典型應用實例是微型發(fā)光二極管（Micro LED）顯示，Micro LED由于在功耗、亮度、響應速度等方面具有傳統(tǒng)液晶技術和OLED無法比擬的優(yōu)勢，已受到顯示行業(yè)的廣泛關注。然而，盡管Micro LED顯示器具有許多優(yōu)點和潛在應用，但數(shù)以百萬計的Micro LED芯片尺寸小至幾微米，使用傳統(tǒng)的機械抓手和真空噴嘴的抓取和放置技術來操控微器件變得越來越困難。因此，半導體產(chǎn)業(yè)界亟待開發(fā)高速、低成本、大面積的微組裝技術。

圖1：光響應轉移技術基本原理（左）及實例效果（右）

    為了應對上述挑戰(zhàn)，近日半導體所新型顯示團隊提出了基于光刺激調(diào)控光敏聚合物的表面形貌和界面粘附力，從而實現(xiàn)微器件巨量轉移技術方案（圖1）。

    團隊采用外部光照誘導聚合物生長，使光敏物質產(chǎn)生局部區(qū)域的凹陷和凸起，產(chǎn)生的高度差可實現(xiàn)將待轉移芯片和非轉移芯片選擇性編程轉移至目標基板。

    同時，光刺激導致聚合物使芯片從強附著狀態(tài)快速切換到弱附著狀態(tài)，實現(xiàn)芯片從聚合物中快速釋放。這兩種效應的相互作用使得超小型元件可大面積、可編程的組裝到各種粘附性基板上。研究團隊通過組裝ITO、GaN、鈣鈦礦量子點和Au薄膜等不同材料和功能器件驗證該技術方案的可行性，結果表明該技術能將不同材料和功能器件大面積、高保真且可編程的轉移至目標基板。

圖2：Micro-LED轉移和顯示集成效果樣例

    隨后，研究團隊應用該技術實現(xiàn)了高密度Micro LED的快速、可編程轉移，并制備了平面及柔性Micro LED顯示原型器件（圖2），進一步證明了該技術的通用性、以及曲面轉移和集成的潛力。與之前報道的方法相比，這項技術滿足了大面積(4英寸)、低成本、可編程轉移超薄和精細的組件(特征尺寸到10μm，厚度到250 nm)的需求。該技術將在探索下一代高性能電子產(chǎn)品，如高分辨率顯示器、生物集成健康監(jiān)測電子產(chǎn)品和曲面電子產(chǎn)品方面具有巨大的應用潛力。

    該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、省重點研發(fā)計劃、中國博士后科學基金、省科學院實施創(chuàng)新驅動發(fā)展能力建設專項資金等項目資助。省科學院半導體研究所郭嬋博士為論文第一作者，學術帶頭人龔政博士為通訊作者。

    論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41528-022-00180-w