Des chercheurs ont fait une démonstration d’un procédé d’impression en continu qui peut prendre et transférer plus de 75 000 dispositifs à semi-conducteurs de l’échelle micrométrique sur un seul rouleau avec une très grande précision. La nouvelle méthode ouvre la voie à la création de réseaux à grande échelle de composants optiques et pourrait être utilisée pour fabriquer rapidement des écrans à micro-LED.
Micro-LED, une technologie prometteuse
La technologie des écrans à micro-LED suscite un grand intérêt car elle permet de réaliser un rendu des couleurs très précis avec une grande vitesse et résolution tout en consommant peu d’énergie. Ces écrans peuvent être appliqués à un large éventail de formats, dont les écrans de smartphone, les dispositifs de réalité virtuelle et augmentée et les grands écrans de plusieurs mètres.
Pour les écrans à micro-LED de grandes tailles en particulier, les défis d’intégration de millions de minuscules LED – parfois plus petites qu’un grain de sable fin – sur un circuit de commande électronique sont énormes.
Transfert de dispositifs à grande échelle
Les dispositifs à semi-conducteurs d’aujourd’hui sont généralement fabriqués sur des plaquettes en utilisant des techniques de croissance qui déposent des couches minces semi-conductrices extrêmement détaillées et multicouches sur des substrats semi-conducteurs. Les problèmes de compatibilité entre ces structures en couches minces et les types de substrats adaptés à ce dépôt limitent les façons dont les dispositifs peuvent être utilisés.
« Nous voulions améliorer le transfert d’un grand nombre de dispositifs à semi-conducteurs d’un substrat à un autre pour améliorer les performances et le dimensionnement des systèmes électroniques utilisés dans des applications telles que les écrans et la photonique sur puce, où le but est de combiner divers matériaux qui manipulent la lumière à très petite échelle« , a déclaré Eleni Margariti, chef de l’équipe de recherche de l’Université de Strathclyde au Royaume-Uni. « Pour être utilisé pour la fabrication à grande échelle, il est crucial d’utiliser des méthodes qui peuvent transférer ces dispositifs de manière efficace, précise et avec un minimum d’erreurs. »
Impression hautement précise
La nouvelle approche commence par un réseau de minuscules dispositifs qui sont lâchement fixés à leur substrat de croissance. La surface d’un cylindre contenant un film de polymère de silicone légèrement collant est ensuite roulée sur le réseau suspendu de dispositifs, permettant aux forces adhésives entre le silicone et le semi-conducteur de détacher les dispositifs de leur substrat de croissance et de les disposer en réseau sur le cylindre.
Parce que le procédé d’impression est continu, il peut être utilisé pour imprimer simultanément de nombreux dispositifs, ce qui le rend très efficace pour la production à grande échelle.
« En sélectionnant soigneusement les propriétés du silicone et du substrat récepteur ainsi que la vitesse et la mécanique du processus de roulement, les dispositifs peuvent être transférés avec succès sur le substrat récepteur tout en préservant le format spatialement organisé qu’ils avaient sur le substrat d’origine« , a expliqué Eleni Margariti. « Nous avons également développé une méthode d’analyse personnalisée qui analyse l’échantillon imprimé pour détecter les défauts et fournit le rendement d’impression et la précision de positionnement en quelques minutes seulement.«
En synthèse
Les chercheurs ont testé la nouvelle approche avec des structures de nitrure de gallium sur silicium (GaN/Si). Le GaN est la technologie à semi-conducteurs dominante utilisée pour les écrans à micro-LED, et l’utilisation de substrats en silicium a facilité la préparation des dispositifs sous forme de structures suspendues pouvant être ramassées par le rouleau. Ils ont pu transférer plus de 99% des dispositifs dans un réseau de plus de 76 000 éléments individuels avec une précision spatiale inférieure à un micron sans erreurs rotationnelles significatives.
Cette nouvelle méthode d’impression en continu ouvre des perspectives très prometteuses pour la fabrication à grande échelle de composants optiques et d’écrans à micro-LED avec un haut niveau de précision.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la technologie des micro-LED ?
La technologie des micro-LED utilise des LED (diodes électroluminescentes) de très petite taille, de l’ordre du micromètre, pour construire des écrans. Elle permet d’obtenir une excellente qualité d’image tout en consommant peu d’énergie.
En quoi consiste la nouvelle méthode d’impression ?
La nouvelle méthode utilise un cylindre enduit d’un polymère collant qui, en roulant sur un réseau de micro-LED, permet de les détacher de leur substrat d’origine et de les réarranger avec précision sur un nouveau substrat.
Quels sont les avantages de cette méthode ?
Elle permet de transférer un très grand nombre de micro-LED de manière simultanée, avec une grande précision et à moindre coût, ce qui est idéal pour la fabrication à grande échelle.
Des chercheurs ont mis au point un procédé d’impression à rouleaux en continu qui permet de prélever et de transférer plus de 75 000 dispositifs semi-conducteurs à l’échelle du micromètre dans un seul rouleau avec une très grande précision. Une image de microscopie optique des résultats de l’impression par transfert de rouleaux est présentée. Credit : Eleni Margariti, Université de Strathclyde
