1. 巨量转移技术概述

与OLED显示技术不同，无机LED无法在玻璃或其他大尺寸衬底进行大面积的制作，因此需要在半导体衬底上进行制作，然后再转移到驱动背板上。当前LED所采用的衬底一般为蓝宝石，但蓝宝石与外延层之间的晶格和热膨胀系数不匹配，当尺寸增大时会因为应力而造成弯曲。而且蓝宝石衬底与目前大规模集成电路芯片不兼容，因此也有采用硅作为外延衬底的方案，但无论哪种衬底形式，LED在制作成应用成品时都或多或少需要进行转移动作。

传统转移方式一次只能转移数颗器件，而对于一块常见的显示屏而言，往往需要完成数百万甚至更多微器件的转移，因此这种转移方式对实际量产而言是不现实的技术路线。要完成MicroLED现实屏的制作，必须采用巨量转移技术，即一次能够转移大量的器件到驱动基板上，在保持巨量转移的基础上，还必须同时保证转移的精度，良率及工艺的可靠性等。

目前在产业界和学术界，MicroLED巨量技术有好几种并行技术流派，根据转移过程中的作用力或具体的转移方式，大致可以分为：范德华力派，静电力派，磁力派，激光转印派，流体自组装派和卷对卷转印派。

2. 巨量转移技术之范德华力派

2.1 基本理念

“范德华力派”指巨量转移过程中，在MicroLED拾取和放置过程中采用了范德华力【即分子间作用力】的这一个技术派别。XDC公司(X Display Cooperation)是范德华力派在产业界的代表，其核心技术被称为μTP技术，即微转印(Micro-Transfer Printing)技术，μTP技术的核心是采用弹性印章来转移MicroLED器件，这里的弹性印章的材料一般指聚二甲基硅氧烷，英文简称为PDMS。

2.2 技术前身

2.2.1 Epitaxial Lift-off（ELO)技术

采用黑蜡(Black Wax)来剥离外延膜层的方法。外延层和基底间有一层约100nm厚的AlAs薄膜作为释放层，这一层在HF溶液（氢氟酸（Hydrofluoric Acid）是氟化氢气体的水溶液，清澈，无色、发烟的腐蚀性液体，有剧烈刺激性气味。氢氟酸是一种弱酸，具有极强的腐蚀性，能强烈地腐蚀金属、玻璃和含硅的物体。）中被刻蚀，而上层的外延层与黑蜡接触，通过黑蜡与外延层之间的分子间作用力，可以将外延层从基底上分离。

2.2.2 软光刻技术（Soft Lithography)

通过光刻等方式在基底上制作图形，然后通过涂布PDMS材料并固化，最后脱模形成PDMS弹性印章。

2.3 μTP技术

2.3.1 PMDS转移实现方式

1、制备PDMS弹性印章转印头
首先在硅基底上面刻蚀出小孔，小孔的尺寸与需要转移的器件对应，然后以硅基底为模板，在硅基底和玻璃基底之间加入PDMS材料，并低压挤压注模，将PDMS与硅基底分离，形成弹性印章转移头。
2、可转移器件的制备
范德华力并不是一种强作用力，而通常在外延基底上生长的LED器件，其与基底之间是通过强化学键结合在一起的，因此很难通过范德华力来对器件直接进行拾取。对于这种情况，要想用弹性印章来转移器件，需要对外延片上的器件结构进行弱化。
在制作MicroLED器件的时候，首先在衬底上有一层牺牲层（sacrifical layer），然后在牺牲层上制作MicroLED器件，在完成器件制作后通过刻蚀将下层的牺牲层去除，
MicroLED器件只通过设计好的锚点（Anchor）和栓链（Tether）固定在基板上，器件下为悬空的状态。
3、 PMDS转移关键因子
器件与基板之间的作用力存在着一个临界值，当弹性印章与器件之间的吸附力G(stamp/film)大于器件与衬底的作用力G(film/substrate)时，器件可以脱离衬底，被弹性印章拾取。相反，当弹性印章与器件之间的吸附力G(stamp/film)小于器件与衬底的作用力G(film/substrate)时，则衬底上的器件不会被弹性印章拾取。但如果器件已经在弹性印章上，需要将其转移到目标基板上时，则需要G(stamp/film)小于G(film/substrate)。
研究表明，弹性印章与器件之间的作用力与转移头移动的速度有关：当速度较低的时候，弹性印章与器件之间的吸附力较小，当速度较高时，弹性印章与器件之间的吸附力较大。因此，在拾取过程，转移头要保持一个较高的速度。而在将MicroLED器件放置到目标基板上的过程中，需要保持一个较低的转移速度。除了速度之外，转移过程中温度也对粘附力有着重要的影响：一般在转移的过程中，采用一个较低的温度，而在放置的过程中，采用一个较高的温度。
4、 PDMS转移头及转移的一些细节
弹性印章并不是一个平面，而是有四个突出的尖端。当其接触器件并施加一定的作用力时，印章的底部平面会与器件接触，这称为顶部塌陷（roof collapse），此时快速地移动转移头可以将器件拾取。当器件位于弹性印章之上时，此时保持一段时间，弹性印章上的尖端部分将会恢复形变，此时只有尖端的顶部与器件接触，所以此时印章与器件之间的作用力较小。然后将其与目标基板接触并缓慢离开，器件将被成功转移到目标基板上。

2.3.2 硅衬底转移器件

步骤：沉积Ni/Au电极并图形化；干刻通孔将下层n-GaN暴露出来，然后沉积Ti/Au电极并图形化(ICP刻蚀）；沉积SiO2，并干刻形成刻蚀mask（1um SiO2)；深沟刻蚀外延层到硅基底并过刻，形成硅side wall（RIE）；底层Si各向异性刻蚀，（111）面刻蚀速度低，（110）面刻蚀速度快，使器件仅仅通过两个Anchor连接(KOH, 80℃)。

2.3.3 LLO转移外延层

首先采用LLO（Laser Lift-Off）将外延层整体转移到一个中间基板，然后在中间基板上进行器件制作，制作好的器件通过PDMS弹性印章转移到目标基板上。因为中间基板和器件之间的作用力可以通过一定的方式设计得较弱，因此可以通过弹性印章直接进转移。这种方案首先采用了激光剥离制程，这个制程目前在平板或半导体产业中较为常见。而整体工艺步骤也更加简单，可能在工业界是一个比较关注的方法。

2.4 范德华力派缺点

一旦印章制作完成，就无法选择性转移符合要求的microLED芯片，因此可能导致将不良的器件转移到目标基板上，增加修复的难度。拾取和放置的范德华力为不同的速度区间，需要仔细调制，且需保证面内均一性。大部分的方案中必须弱化转移器件结构，因此增加工艺复杂程度。PDMS与衬底热膨胀系数不同，可能导致转移后位置存在误差。

3 巨量转移技术之静电力派

3.1 基本情况

没有查到有详细介绍LuxVue公司的静电力巨量转移技术的论文，也没有找到LuxVue公司有关于这个技术的任何报告，对于这种技术维持着较高的保密级别。

3.2 静电载台类型

第一种为J-R（Johnsen-Rahbek）静电载台，J-R载台与物体接触的表面是金属。
第二种为库仑力（Coulombic）静电载台，库仑力静电载台与物体接触的表面为绝缘体。
两种都可以通过对电极施加电场而产生静电吸附。

3.3 LuxVue公司技术

3.3.1 静电转移头

探头的顶端有两个分离的电极，这两个电极通过金属引出来，然后在金属电极的上面沉积绝缘材料，这样与MicroLED器件直接接触的地方应该是一层绝缘材料。给两个电极施加交流电，则由于库伦力的作用，接触到的微器件将被吸附到探头上，就可以转移到其它地方了，倘若将这些探头做成阵列，就可以大批量地进行转移过程。而这些器件都是用常规微电子加工的方式制得，因此可以用微电路将这些探头进行连接，这样可以快速施加不同的电压信号，去分别决定哪些需要转移，哪些不需要，这样就可以进行筛选，避免将坏的Microled也一并转移过去。

3.3.2 静电流派转移流程

① 将转移头移到源基板上方，进行精确对位；
② 将转移头与源基板接触；
③ 根据需要转移的MicroLED器件位置，施加给定的电信号；
④ 将转移头上升，将MicroLED器件拾取；
⑤ 将转移头移动到目标基板，将器件释放。
静电派最重要的一点就是静电转移头的制作。

3.4 Cooledge公司技术

3.4.1 静电转移头

Cooledge的静电转移头并没有额外的电路，其结构为：透明基板、基板上形成的表面突起结构、透明导电层（例如ITO，石墨烯等）、电荷产生层：能够吸收光而产生电荷的材料（例如a-Si)、电荷转移层：常常用有机材料。原来在静电头中存在着一层可以吸收光而产生电荷的材料，而采用光照的方式，使照射的部位产生静电，从而可以对MicroLED器件进行转移。要实现选择性的选取，则需要配合着光罩的使用。

3.4.2 静电流派转移流程

① 光照射使转移头带电；
② 将转移头接近源基板；
③ 转移头拾取MicroLED器件；
④ 将MicroLED器件转移到目标基板上

4、巨量转移技术之磁力转移

如果将这些微小的MEMS器件制作成阵列，就可以完成MicroLED芯片的大量转移。因为每个MEMS器件的信号由外电路施加，因此与静电转移头一样，通过对施加信号的调制，可以实现对芯片的选择性转移。但是采用磁性来转移MicroLED芯片，需要芯片本身具有铁磁性，因此MicroLED芯片的制作与其它方法也会存在着差异。PlayNitride和ITRI在制作MicroLED芯片的时候，在芯片上面制作了一层磁性层，并且也采用了弱化器件结构的方法，使得转移的过程更加容易。Cooledge公司也开发了采用磁力进行巨量转移的方法，他们将磁性材料混入到光刻胶中，然后通过光刻方式使MicroLED器件附上这层磁性光刻胶，然后通过磁性的弹性印章进行拾取。

4.1 磁性控制板

在磁性控制板上有磁性点阵，将分离的具有磁性的MicroLED分散到控制板上，这些器件可以根据磁性点阵自动对位成阵列，然后通过磁性控制板来完成将MicroLED或MiniLED转移到目标基板上，根据晶呈给出的信息：目前的磁性点的位置精度在±5μm，能够转移的器件尺寸在10μm到200μm，器件的正反面可以通过磁性的极性进行控制。

4.2 磁性探针

台交大电子工程系洪瑞华特聘教授兼系主任和晶呈科技股份有限公司执行科技部产学计划，已成功在特殊的铜磁基板上开发微形发光二极管（Micro LED)，具有超薄（仅50微米）免研磨且可使用化学蚀刻进行芯片分割。此技术将使得Micro LED 芯片本身不再脆弱，并可使用磁性探针卡进行巨量微整预排列与巨量转移，一举突破传统的空气吸取芯片限制，有机会大幅降低目前Micro LED 显示器价格居高不下的制作成本，成为台湾地区显示器产业弯道超越的新契机。

4.3 拓展

MEMS（1）微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。微机电系统是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。

5、巨量转移技术之激光转移流派

激光巨量转移方式可以分为两种：一种是Ablation方式，一种是Blister方式。

Ablation方式是激光照射到LED芯片的临时载板上，临时载板上的胶会分解，胶分解后产生蒸汽，芯片失去与临时载板之间的粘附，掉落到基板上。不过Ablation方式有两个问题，一个是激光照射如果控制不好，容易损坏LED芯片，另一个则是胶的分解容易在LED芯片表面产生残留物。

Blister即是采用气泡方式，可以避免Ablation方式的两个问题。Blister方式主要特点是，临时玻璃载板与被粘附的LED芯片之间有一层膜——DRL（dynamic release layer）。DRL有两层结构，上面一层是产生气泡的活性材料，下面一层是粘住芯片的胶。当激光打下来，穿过透明玻璃，打到DRL上面，LED芯片从临时载板脱落的同时，DRL上面的活性材料会吸收激光的能力而产生气泡，不会对LED芯片造成损伤，同时不会在LED芯片上产生粘胶的残留。

5.1 Coherent涉及的各项技术

激光剥离（Laser Lift-Off, LLO）：可以将MicroLED器件从蓝宝石外延片上剥离下来，转移到一个载板基板上，供后续巨量转移。
激光诱导向前转移技术（Laser Induced Forward Transfer, LIFT）：用于巨量转移的过程中，将MicroLED转移到背板基板上。
准分子激光退火（Excimer Laser Annealing, ELA）：用于LTPS-TFT背板的低温多晶硅薄膜制造过程。
激光切割（Laser Cutting)：用于面板的切割。
激光修复（Laser Repair）:用于MicroLED面板的切割。

5.2 QMAT涉及的各项技术

他们所采用的巨量转移设备称为Zero-ppm BAR Mass-Transfer Tool，
所谓Zero-ppm即为零缺陷的转移，而BAR为Beam-Addressed Release的缩写，即激光束寻址释放，可以实现精确的选择性转移。
在巨量转移前，源基板上的MicroLED器件需要经过测试，并将测试结果作为KGD File保存在计算机中（KGD即为Known Good Die)。在后续转移的过程中，通过读取KGD文件中缺陷的位置信息，可以通过激光精确地进行选择性转移，从而使有缺陷的器件不会被转移到目标基板上。
关键点在于：采用薄膜转移的方式，可以得到高质量的GaN薄膜，这样可以提升Micro LED器件的效率。减少了2倍MOCVD的时间，使得成本大大降低。

知识拓展
MOCVD（1）MOCVD是在气相外延生长(VPE) （2）的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V主族、Ⅱ-Ⅵ副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
气相外延（2）气相外延是一种单晶薄层生长方法。气相外延广义上是化学气相沉积的一种特殊方式，其生长薄层的晶体结构是单晶衬底的延续，而且与衬底的晶向保持对应的关系。

5.3 Uniqarta涉及的各项技术

提出了一种被称为LEAP的技术，即Laser-Enabled Advanced Placement，这种技术与QMAT的方案的转移过程有相似之处，即都能够实现选择性转移。在Uniqarta的设备中，首先将激光束分束，然后在X-Y平面上扫描，达到选择性转移的目的。不过在转移的时候，Uniqarta采用了一个释放层，称为Blistering转移，而不是QMAT的ablative（烧蚀）转移。释放层吸收激光的能量，而将其上的MicroLED弹射出去，转移到目标基板上。采用这个技术，MicroLED背面不会吸收激光的能量，从而减少激光对其的损伤。

6、巨量转移技术之流体自组装派

流体自组装派是利用流体的驱动，通过磁力、机械力或毛细作用力等方式，使MicroLED器件在流体中自动装配到设计的指定区域。

6.1 Self Array涉及的各项技术

MicroLED器件上沉积一层热解石墨，然后被放置在磁性震动平台上，在平台上根据设计的磁性阵列快速完成定位，然后就可以将这些器件巨量转移到驱动基板上。

6.2 eLux涉及的各项技术

eLux对MicroLED的形状有特殊的设计，这样可以保证在自组装的过程中正面朝上。
eLux的技术在转移时：首先目标基板放置在液体中，然后将大量的MicroLED器件也放入并置于目标基板上方，然后通过振动，通过流体和重力的共同作用，使MicroLED器件定位到指定的位置。
采用这种方案有如下一些特点：分离的MicroLED器件在流体中完全随机自组装，可以消除外延生长时，器件性能面内不均造成的影响。可以先选择合格的MicroLED器件进行转移，因此可以避免将不良器件转移到驱动基板上剩余的MicroLED器件可以重复利用，转移的速度快，成本低。