微米级Micro-LED芯片激光诱导转移过程中的动态行为研究：不对称结构与质量分布对转移效率的影响机制

【编辑推荐】针对Micro-LED大规模应用中激光诱导正向转移（LIFT）技术存在的低转移效率问题，研究人员通过分析商业芯片在转移过程中的旋转现象，首次揭示了不对称几何结构与质量分布导致的扭矩是降低良率的关键因素。通过调控激光能量密度（70–75mJ/cm2）和转移距离（80–100μm），实现了旋转可控的工业级良率，为LIFT工艺优化提供了理论支撑。

　　

在显示技术领域，Micro-LED因其超高像素密度和能效优势被誉为下一代显示技术的核心。然而，当需要将数千万颗微米级芯片从生长基板转移到显示背板时，激光诱导正向转移（LIFT）技术却面临一个尴尬的困境：虽然理论上能实现每秒2.5万颗的转移速度，但实际良率却因芯片"空中翻转"现象而大幅降低。这种看似微小的旋转问题，成为阻碍Micro-LED产业化的"最后一公里"瓶颈。

黑龙江省的研究团队通过结合实验与数值模拟，首次捕捉到商业Micro-LED芯片在LIFT过程中的动态行为。研究发现，行业普遍采用的AlGaInP基和GaN基芯片存在先天缺陷——由于p型电极需要额外金属层补偿导电性，导致芯片质量中心偏离几何中心5–8μm。这种不对称性在激光激发后产生高达10^-8N·m量级的扭矩，使芯片以2.5°/μm的角速度旋转。当转移距离超过100μm时，旋转累积效应会使芯片像失控的螺旋桨一样偏离接收位置。

研究采用248nm波长KrF准分子激光系统，通过Top-Hat光束整形确保98.3%的能量均匀性。结合高速摄像和计算流体力学模拟，量化分析了空气阻力对旋转的影响。关键发现在于：70mJ/cm²的激光能量密度下，80–100μm的"黄金距离"可使芯片保持0.5°/μm的温和转速，此时空气阻力形成的剪切力恰好抵消扭矩效应。而传统工艺中盲目增大转移距离的操作，反而会因旋转动能积累导致良率骤降。

分析常见Micro-LED芯片结构
通过解构商业芯片的层状架构，揭示p-GaP侧因需连接更厚的Au电极（约300nm），其质量比n-AlGaInP侧高出15%，这种差异在20×30μm的微型芯片上会产生显著的旋转力矩。

结论
该研究首次建立LIFT过程中芯片动力学行为与结构参数的定量关系，证明优化现有工艺参数比改造芯片结构更具成本效益。提出的70–75mJ/cm²能量窗口和亚100μm距离标准，已被多家厂商验证可将良率提升至99%以上。发表于《Optics》的这项成果，不仅解答了业界"小距离高良率"的经验之谜，更为第三代半导体器件的激光微纳加工提供了普适性理论框架。

值得注意的是，研究还发现环境气压对旋转有调制作用——标准大气压下空气分子碰撞产生的角动量耗散，实际上有助于稳定芯片姿态。这一发现打破了"超高真空环境更有利"的传统认知，为设备设计提供了新思路。Zehou Li等学者通过跨尺度力学分析，将看似简单的芯片旋转现象转化为可量化的物理模型，彰显了基础研究对高端制造的决定性作用。