10月27日，國際權(quán)威期刊《Science Advances》上在線發(fā)表了題為“Laser-driven hierarchical "gas-needles" for programmable and high-precision proximity transfer printing of microchips（激光驅(qū)動多級氣體頂針用于可編程、高精度的接近式微型芯片轉(zhuǎn)?。钡淖钚卵芯砍晒ＨA中科技大學(xué)智能制造裝備與技術(shù)全國重點實驗室為論文第一完成單位，華中科技大學(xué)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(xué)卞敬博士為本文共同通訊作者。華中科技大學(xué)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(zhuǎn)印印刷技術(shù)（即微轉(zhuǎn)印，Micro-transfer printing）是微電子/柔性電子實現(xiàn)異質(zhì)集成的關(guān)鍵技術(shù)，如何高效率、高精度地將微尺度異質(zhì)元器件批量地、精確地組裝到任意接收基底極具挑戰(zhàn)。例如新一代MicroLED顯示技術(shù)，其由上千萬個微尺度MicroLED 自發(fā)光芯片組成，亟需發(fā)展一種兼具高轉(zhuǎn)移效率（~100萬/h）、高轉(zhuǎn)移精度（~5 μm）和高良率（~99.99%）的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，以滿足其規(guī)?；圃煨枨?。激光輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)利用微小尺寸光斑，結(jié)合多光束高速掃描，可實現(xiàn)超高的芯片轉(zhuǎn)移效率，被認為是最具潛力的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)。傳統(tǒng)激光轉(zhuǎn)印技術(shù)分為接觸式（芯片與接收基底接觸）與非接觸式（轉(zhuǎn)移前與接收基底存在間距）兩種。由于轉(zhuǎn)移原理限制，目前的接觸式/非接觸式轉(zhuǎn)印技術(shù)無法同時實現(xiàn)高選擇性（可編程性）和高轉(zhuǎn)移精度，特別在非粘性接收基板上。因此，如何將高精度轉(zhuǎn)移與單芯片獨立控制相結(jié)合，是激光轉(zhuǎn)移技術(shù)走向應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸之一。

該工作首次提出了一種新型的芯片轉(zhuǎn)移模式——投影接近式轉(zhuǎn)移（LaserPPT）。該模式利用了一種獨特的彈出式多級“氣體頂針”結(jié)構(gòu)，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(xiàn)芯片釋放。這種方式同時實現(xiàn)了芯片-接收基板間距控制和界面黏附調(diào)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?yōu)榻佑|模式，避免芯片“亂飛”等現(xiàn)象，可高效率、高精度地將各種微尺度異質(zhì)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(shù)先利用紫外激光在界面生成帶有碳黑光熱轉(zhuǎn)換層的微空腔，作為一級“氣體頂針”。隨后利用碳黑光熱轉(zhuǎn)換成吸收紅外激光，通過熱量傳遞，促使圖章表面的熱發(fā)泡微球發(fā)泡，以此形成了彈出式的第二級“氣體頂針”結(jié)構(gòu)。通過雙激光來依次誘導(dǎo)多級“氣體頂針”依次膨脹，從而同時實現(xiàn)了界面黏附調(diào)控和芯片-接收基板的間距控制。系統(tǒng)的實驗表明，LaserPPT可以實現(xiàn)~1000倍的界面粘附調(diào)控范圍，~ 4 μm 的超高轉(zhuǎn)移精度和超小的芯片尺寸兼容性（< 100 μm）。

為了驗證LaserPPT 技術(shù)具有實現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)移新模式，而且首次實現(xiàn)了高精度并行化轉(zhuǎn)移與單芯片可獨立編程控制的轉(zhuǎn)移效果，為激光轉(zhuǎn)印工藝走向?qū)嶋H應(yīng)用指明了方向。

上述研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金項目的資助。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk0244