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Micro LED外延技术三大挑战,MOCVD设备如何攻关?

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  下一代终极显示技术Micro LED任重而道远,这是行业的共识,而对于Micro LED技术瓶颈问题,产业链厂商亦同样了然于胸。近几年来,海内外厂商一直致力于突破Micro LED产业链不同环节的技术痛点,寻求更好的解决方案。如今,无论是设备的速度和良率、芯片的巨量转移、检测、修复和驱动技术,还是红光芯片的效率问题等,皆取得不同程度的进展。

  Micro LED外延片三大挑战

  相对于芯片、封装、模组、应用等环节而言,产业链前端的外延技术或多或少有些“讳莫如深”,许多有关外延技术的要点仍不熟为人知。实际上,外延技术有三个方面对于提高Micro LED生产良率来说至关重要,包括波长均匀性管理、缺陷密度和成本控制。

  三大挑战中,波长均匀性和缺陷密度直接关系外延片的良率问题,而良率与成本直接挂钩;换言之,波长均匀性和缺陷密度间接影响Micro LED外延片的成本。

  波长均匀性主要与分选环节相关。据了解,传统LED芯片的分选环节的成本占芯片生产成本的比例较高,若能省去分选环节,成本将可下降不少。不过,Micro LED由于生产流程和成本问题,不可能存在分选环节,这也就意味着MOCVD设备生产的所有外延片的波长范围必须控制在4nm以内。

  缺陷密度方面,Micro LED芯片尺寸极小且使用量巨大,对巨量转移制程的良率要求超高。对此,德国半导体设备商爱思强工艺和市场部总监方子文在2021年集邦咨询新型显示产业研讨会上表示,当外延片的波长范围控制在4nm范围内,缺陷密度控制在0.1/cm2以内,生产良率就能够得到保证,进而更好地控制成本。

  

  爱思强工艺和市场部总监 方子文

  而在这其中,MOCVD设备的地位可谓举足轻重。

  爱思强MOCVD成就高良率外延技术

  众所周知,爱思强是全球几大知名MOCVD设备供应商之一,多年来致力于为量产Micro LED提供高良率的外延技术解决方案。目前,爱思强MOCVD设备在良率和成本方面已取得新的突破。

  一方面,爱思强的行星技术(Planetary Technology)能够保证片内、片间、炉间高度的波长一致性,使得外延片零分选成为可能,为Micro LED量产打好扎实的外延基础。

  另一方面,爱思强的C2C自动卡匣晶圆传输技术和炉内原位清洁技术,可以实现8×6英寸或5×8英寸大尺寸晶圆在封闭的卡匣环境中的自动加载和移除,提高产量的同时保证了外延片的颗粒密度。

  值得关注的是,C2C自动卡匣晶圆传输技术代表着外延片生产的自动化。方子文认为,自动化有助于降低Micro LED生产环节中的部分成本,未来Micro LED生产工艺必然朝向高度自动化的方向发展。现阶段,爱思强正在积极研发C2C自动化设备的相关配置。

  方子文介绍,基于高良率的外延技术,爱思强开展蓝绿光Micro LED外延片的研发工作,目前458nm蓝光6英寸外延片内的波长均匀性可控制在0.33nm,绿光外延片则在0.5nm左右。对应波长范围在4nm范围内的Micro LED外延片,蓝光和绿光的良率均为99.7%左右,因此,成本控制取得了较好的效果。

  红光Micro LED外延片方面,爱思强通过单片旋转和晶圆级控制实现了较佳的晶圆上一致性,均匀性可控制在0.24nm。同时,相比竞争对手的产品,其优化的硬件解决方案能够解决缺陷密度的问题。

  从整体良率上来看,如前文方子文所言,实现高良率的条件是在波长分布保持在4nm范围内的前提下,将缺陷密度低控制在0.1/cm 2 ,爱思强MOCVD设备在这两个方面的表现已近乎炉火纯青之地,用户反馈就能够很好地证明这一点。

  自2019年以来,爱思强的行星式反应器平台已获得錼创、康佳等多家Micro LED厂商的认可,近期又再获得了美国一线LED厂商的订单,同样用于加速Micro LED的研发和生产。

  足以见得,MOCVD设备对于量产Micro LED的重要性,同时也反映了,随着Micro LED等新型显示市场需求的不断增长,爱思强未来的订单量将继续保持增长的趋势。

  据了解,2020年,爱思强全年新增订单金额达3.014亿欧元,同比增长30%。展望2021年,爱思强预计新增订单总额为3.4-3.8亿欧元。不止如此,基于Mini/Micro LED、特殊照明等市场对MOCVD设备的强劲需求,爱思强预计全年营收和收益都将获得显著的增长。

  文:LEDinside 陈佳纯

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