良率和成本是阻礙MicroLED大規(guī)模量產(chǎn)的兩大因素 MOCVD將助力MicroLED商用化

從產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度來看，Micro LED近在咫尺，但從商用化時(shí)間來看，Micro LED又遠(yuǎn)在天涯。從最初的萌芽期發(fā)展到現(xiàn)階段，Micro LED技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，市場上相關(guān)產(chǎn)品也相繼浮出水面，但由于技術(shù)瓶頸和成本問題，Micro LED距離廣泛普及還有很久。

根據(jù)集邦咨詢LED研究中心（LEDinside）最新研究報(bào)告《2019 Micro LED次世代顯示關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告》，Micro LED技術(shù)雖面臨眾多的挑戰(zhàn)，但對比兩年前，目前的技術(shù)進(jìn)展已經(jīng)進(jìn)步許多，早期的專利技術(shù)已經(jīng)有實(shí)體樣品展示機(jī)的出現(xiàn)。隨著Micro LED技術(shù)的成熟，Micro LED商品化將逐漸加快。另外，Micro LED制造流程繁瑣及要求更加精細(xì)，制程中所使用的原材料、制程耗材、生產(chǎn)設(shè)備、檢測儀器及輔助治具等，需求規(guī)格嚴(yán)謹(jǐn)且精密度相對嚴(yán)格。

Micro LED的商用化，制程中的每個(gè)息息相關(guān)的環(huán)節(jié)都很重要，例如LED外延片制造的關(guān)鍵核心設(shè)備MOCVD?？偛课挥诘聡腗OCVD設(shè)備供應(yīng)商愛思強(qiáng)一直致力于研發(fā)外延片等方面的技術(shù)，旨在推動(dòng)Micro LED的大規(guī)模量產(chǎn)化，加速M(fèi)icro LED產(chǎn)品應(yīng)用打入市場。

關(guān)于Micro LED的應(yīng)用，愛思強(qiáng)認(rèn)為，TV顯示面板將會(huì)是首先打開市場的商業(yè)化產(chǎn)品。其次，車用顯示也是未來Micro LED比較大的應(yīng)用市場。隨著客戶要求提高，升級(jí)車內(nèi)顯示的需求逐漸增多，如車內(nèi)外信息的動(dòng)態(tài)顯示以及營造氛圍增加人車互動(dòng)等。其他應(yīng)用市場包括智能手機(jī)、AR/VR、可穿戴式設(shè)備等。

良率和成本是阻礙Micro LED大規(guī)模量產(chǎn)的兩大因素

愛思強(qiáng)表示，現(xiàn)階段，與LCD和OLED相比，Micro LED不具備成本優(yōu)勢。降低成本涉及許多因素，如缺陷率和良率。由于Micro LED芯片尺寸超小，技術(shù)難度大，良率難以保證，故成本居高不下。尤其是紅光的處理，因受限于材料與特性，紅光良率低且可靠性不高，因此成本極高。

作為LED外延片制造的關(guān)鍵核心設(shè)備，MOCVD外延片生產(chǎn)良率涉及波長均勻性、翹曲管理（Bow Management）以及缺陷密度（Defects Density）等。

以傳統(tǒng)顯示LED芯片為例，分選環(huán)節(jié)占的成本比例較大，若能去掉此環(huán)節(jié)，成本將下降不少。至于Micro LED，由于生產(chǎn)流程及成本的問題，不可能存在分選環(huán)節(jié)，這就表明對波長均勻性的要求很高。為了實(shí)現(xiàn)Micro LED量產(chǎn)，MOCVD設(shè)備生產(chǎn)的所有外延片的波長范圍需在4nm以內(nèi)。

翹曲管理方面，愛思強(qiáng)認(rèn)為，Micro LED會(huì)往6英寸以上方向發(fā)展，而6英寸的翹曲管理與4英寸的差別很大。無論是硅襯底或是藍(lán)寶石襯底，都需要特殊的外延工藝來達(dá)到穩(wěn)定的翹曲性能。

若波長均勻性保持在4nm范圍內(nèi)，翹曲管理小于50μm，缺陷密度控制在0.15/cm2以內(nèi)，生產(chǎn)良率就能夠得到保證。

MOCVD的C2C和In-Situ Cleaning技術(shù)，助力Micro LED商用化

在實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能及低成本方面，愛思強(qiáng)的自動(dòng)卡匣式（C2C）晶圓傳輸模塊技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)8x6英寸或5x8英寸GaN-on-Si晶圓在封閉的卡匣環(huán)境中的自動(dòng)加載和移除，提高產(chǎn)量的同時(shí)保證了外延片的顆粒密度。

圖1： G5+C C2C傳輸模塊

此外，愛思強(qiáng)MOCVD設(shè)備具備自動(dòng)原位清潔（In-Situ Cleaning）技術(shù)，該技術(shù)可確保設(shè)備在每次運(yùn)行時(shí)都處于清潔狀態(tài)，保證了外延片的低缺陷密度率并顯著減少停機(jī)維護(hù)時(shí)間，保證高良率，從而降低生產(chǎn)成本。

據(jù)介紹，自動(dòng)原位清潔技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)標(biāo)配技術(shù)，但在MOCVD設(shè)備圈內(nèi)，此技術(shù)還未普及，原因如下：氮化鎵分解溫度很高，達(dá)1400—1500攝氏度。如果是在氯氣情況下，此溫度會(huì)相對降低，可到900攝氏度左右，包括表面以及腔體所有的面都需降到這個(gè)溫度，這對MOCVD設(shè)備廠商來說極具挑戰(zhàn)性。目前，很多MOCVD設(shè)備采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，不銹鋼需要用水冷卻，這與900攝氏度相互矛盾。而愛思強(qiáng)的MOCVD設(shè)備采用的是全石墨的腔體，可以保證表面沉積穩(wěn)定，也可以保證石墨能夠被加熱到900攝氏度以上。

愛思強(qiáng)表示，MOCVD設(shè)備的這兩大技術(shù)都是實(shí)現(xiàn)Micro LED高良率和低成本的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的LED生產(chǎn)需向更自動(dòng)化的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，才能保證高良率，降低成本，加快Micro LED的大規(guī)模量產(chǎn)。

圖2： AIX G5+C 行星式反應(yīng)器

據(jù)了解，愛思強(qiáng)搭載自動(dòng)卡匣（C2C）和自動(dòng)原位清潔技術(shù)的行星式反應(yīng)器平臺(tái)獲得了多家客戶的訂單，極高地優(yōu)化了外延片的良率及生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

未來，愛思強(qiáng)將繼續(xù)投入技術(shù)研發(fā)工作，助力Micro LED的商用化。