10月27日，國際權威期刊《Science Advances》上在線發表了題為“Laser-driven hierarchical "gas-needles" for programmable and high-precision proximity transfer printing of microchips（激光驅動多級氣體頂針用于可編程、高精度的接近式微型芯片轉印）”的最新研究成果。華中科技大學智能制造裝備與技術全國重點實驗室為論文第一完成單位，華中科技大學博士生陳福榮為本文的第一作者，黃永安教授和團隊合作教師南京郵電大學卞敬博士為本文共同通訊作者。華中科技大學博士生蓋夢欣、余海洋，許章宇，碩士生孫寧寧、劉磊等參與了此項研究。
轉印印刷技術（即微轉印，Micro-transfer printing）是微電子/柔性電子實現異質集成的關鍵技術，如何高效率、高精度地將微尺度異質元器件批量地、精確地組裝到任意接收基底極具挑戰。例如新一代MicroLED顯示技術，其由上千萬個微尺度MicroLED 自發光芯片組成，亟需發展一種兼具高轉移效率（~100萬/h）、高轉移精度（~5 μm）和高良率（~99.99%）的巨量轉移技術，以滿足其規?；圃煨枨?。激光輔助轉移技術利用微小尺寸光斑，結合多光束高速掃描，可實現超高的芯片轉移效率，被認為是最具潛力的巨量轉移技術。傳統激光轉印技術分為接觸式（芯片與接收基底接觸）與非接觸式（轉移前與接收基底存在間距）兩種。由于轉移原理限制，目前的接觸式/非接觸式轉印技術無法同時實現高選擇性（可編程性）和高轉移精度，特別在非粘性接收基板上。因此，如何將高精度轉移與單芯片獨立控制相結合，是激光轉移技術走向應用的關鍵瓶頸之一。
該工作首次提出了一種新型的芯片轉移模式——投影接近式轉移（LaserPPT）。該模式利用了一種獨特的彈出式多級“氣體頂針”結構，一級頂針先彈出將微尺度芯片推頂至接收基板，隨后表面的二級小尺寸頂針彈出實現芯片釋放。這種方式同時實現了芯片-接收基板間距控制和界面黏附調控，通過“先接近-再釋放”方式組裝微型芯片，將芯片和接收基底接觸模式由原先的從無接觸變為接觸模式，避免芯片“亂飛”等現象，可高效率、高精度地將各種微尺度異質元器件批量地、精確地組裝到任意接收基底。
具體而言，該技術先利用紫外激光在界面生成帶有碳黑光熱轉換層的微空腔，作為一級“氣體頂針”。隨后利用碳黑光熱轉換成吸收紅外激光，通過熱量傳遞，促使圖章表面的熱發泡微球發泡，以此形成了彈出式的第二級“氣體頂針”結構。通過雙激光來依次誘導多級“氣體頂針”依次膨脹，從而同時實現了界面黏附調控和芯片-接收基板的間距控制。系統的實驗表明，LaserPPT可以實現~1000倍的界面粘附調控范圍，~ 4 μm 的超高轉移精度和超小的芯片尺寸兼容性（< 100 μm）。
為了驗證LaserPPT 技術具有實現可編程、大面積微尺度芯片的選擇性集成的功能。研究團隊通過自主研制的巨量轉移實驗平臺（iGreatTransfer），將微尺度的“芯片”批量地集成在無粘附性接收基板上，最終形成“五宮格”、“蜂窩形”、“樹狀形”等轉移圖案。該工作進一步將MicroLED芯片集成到柔性電路板，驗證了了激光投影接近式技術可以成功集成MicroLED柔性顯示器件能力。
該工作不僅提出了“先接近-再釋放”的激光接近式轉移新模式，而且首次實現了高精度并行化轉移與單芯片可獨立編程控制的轉移效果，為激光轉印工藝走向實際應用指明了方向。
上述研究工作獲得了國家自然科學基金項目的資助。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk0244
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