本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，具體涉及一種應(yīng)用于微納器件的流體自組裝方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，微型電子系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來(lái)，通過在驅(qū)動(dòng)電路板上以高密度集成大量的微小尺寸元件陣列，以實(shí)現(xiàn)顯示，傳感，光電轉(zhuǎn)化等功能。例如，通過將數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的micro-led芯片集成實(shí)現(xiàn)顯示的micro-led顯示技術(shù)，相較于傳統(tǒng)顯示技術(shù)，其具有能量轉(zhuǎn)換率高，響應(yīng)速度快，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn)。在這些微型電子系統(tǒng)的制備過程多需要將大量的微型電子器件高密度、高精度的集成于驅(qū)動(dòng)電路板，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。面對(duì)上述需求，也就需要一種高效率、高精度、高密度、低成本的微電子集成技術(shù)。巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生。

2、巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是指，將數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)千萬(wàn)計(jì)的小尺寸微納器件，以合理有序的方式排列到驅(qū)動(dòng)面板上的過程。由于現(xiàn)在微納制造技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的轉(zhuǎn)移精度，轉(zhuǎn)移效率，轉(zhuǎn)移良率，成本等方面都提出了較高的要求。

3、在現(xiàn)有的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)路線中，流體自組裝技術(shù)以其低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)引起了研究者的關(guān)注。流體自組裝技術(shù)，是利用流體力和形狀匹配等機(jī)械原理，讓微納器件落入預(yù)先做好的特殊結(jié)構(gòu)中，達(dá)到自組裝的效果。微納器件被分散到流體中后，借助流體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)，并通過與接收面板上凹槽結(jié)構(gòu)的形狀匹配，實(shí)現(xiàn)填充和排列。由于流體自組裝技術(shù)不依賴精密儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)微納器件的捕獲、定位、組裝過程，同時(shí)填充過程快速、高效，并且成本低，被認(rèn)為是最具發(fā)展前途的一項(xiàng)巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)。

4、但是，現(xiàn)有的流體自組裝技術(shù)主要有以下缺點(diǎn)：

5、1)流體自組裝組裝精度差?，F(xiàn)有的基于表面自由能最小化原理實(shí)現(xiàn)的流體自組裝中，微納器件與組裝基板之間的液橋消失過程不可控，導(dǎo)致微納器件在下落與組裝基板組裝的過程也難以調(diào)控。液橋的快速去除，使微納器件沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，導(dǎo)致可能會(huì)發(fā)生水平位移，產(chǎn)生組裝偏差。此過程產(chǎn)生的絕對(duì)誤差雖然不大，但是相較于微納器件較小的尺寸，相對(duì)誤差較大，影響后續(xù)的鍵合過程。

6、2)流體自組裝過程中組裝精度與組裝效率難以實(shí)現(xiàn)兼顧?，F(xiàn)有的流體自組裝中多利用凹槽捕獲微納器件的方式實(shí)現(xiàn)組裝過程。在此過程中，微納器件尺寸相同的情況下，凹槽尺寸越大捕獲微納器件的效率越高，但是微納器件落入凹槽結(jié)構(gòu)后，仍可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致組裝精度差?？s減凹槽尺寸可以有效的提高組裝精度，但也會(huì)降低組裝效率。因而現(xiàn)有策略難以調(diào)和組裝精度與組裝效率之間的矛盾。

7、3)組裝基板需構(gòu)建復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有的流體自組裝中為了組裝基板能良好的捕獲在流體中無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)的微納器件，大多在組裝基板上設(shè)置凹槽或突起的立體結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)微型器件與組裝基板的組裝。這種立體結(jié)構(gòu)的制備過程復(fù)雜，極大的增加組裝基板的制備工序和制備難度。

8、4)微納器件需要設(shè)置復(fù)雜結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)組裝過程中的面選擇性。在流體自組裝過程中，微納器件都需要以特定面組裝于組裝基板的組裝位置之上，以實(shí)現(xiàn)特定功能?，F(xiàn)有的方式主要兩種方法實(shí)現(xiàn)微納器件的面選擇性：其一，表面構(gòu)筑特殊的立體結(jié)構(gòu)；其二，調(diào)節(jié)微納器件的重心。然而，這些策略都需要增加額外工藝，因而增加了制備的復(fù)雜程度。

9、有鑒于此，現(xiàn)有的流體自組裝技術(shù)仍然存在組裝精度差，微納器件與組裝基板制備復(fù)雜，組裝效率與組裝精度難以兼顧的問題。亟需本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供一種新型策略以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供一種用于微電子器件的流體自組裝方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種應(yīng)用于微納器件的流體自組裝方法，包括以下步驟：

4、s1.將微納器件和組裝基板分別進(jìn)行表面處理，微納器件的不同表面具有不同的表面能，組裝基板的組裝位置與非組裝位置也具有不同的表面能，微納器件待組裝表面與組裝基板預(yù)設(shè)組裝位置具有相近的表面能；

5、s2.在第一組裝容器內(nèi)，將修飾后微納器件與組裝基板通過溶液a落入溶液b中，在外界擾動(dòng)下，微納器件的組裝面與組裝基板組裝位置上附著的由溶液a組成的液滴相互接觸融合形成液橋，完成一次對(duì)準(zhǔn)，并形成微納器件與組裝基板的初級(jí)組裝體；

6、s3.將所述初級(jí)組裝體轉(zhuǎn)移至第二組裝容器內(nèi)，初級(jí)組裝體內(nèi)微納器件與組裝基板之間由溶液a組成的液橋可控溶解或揮發(fā)至流體c中，以完成二次對(duì)準(zhǔn)，并形成最終組裝體；

7、s4.將所述最終組裝體自所述第二組裝容器中取出，對(duì)微納器件和組裝基板構(gòu)成的最終組裝體進(jìn)行后處理，使二者之間形成穩(wěn)定結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各種物理化學(xué)性能的傳導(dǎo)，并完成封裝過程。

8、在一些實(shí)施例中，微納器件為納米至厘米級(jí)尺寸，微納器件的形狀為柱狀結(jié)構(gòu)，柱狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)底面為第一表面，微納器件的材質(zhì)為氮化鎵、二氧化硅、金屬或高分子中的至少一種，微納器件的密度大于溶液b的密度。

9、在一些實(shí)施例中，微納器件的第一表面與其它表面具有不同的表面能，第一表面所具有的表面能使其能夠與溶液a浸潤(rùn)而不與溶液b浸潤(rùn)，其它表面所具有的表面能使其能夠與溶液b浸潤(rùn)而不與溶液a浸潤(rùn)。

10、在一些實(shí)施例中，組裝基板的形狀為平面或曲面，組裝基板的材質(zhì)為金屬、二氧化硅或聚二甲基硅氧烷，組裝基板表面的組裝位置為圖案化凸起、圖案化凹槽或平面結(jié)構(gòu)。

11、在一些實(shí)施例中，組裝基板表面進(jìn)行圖案化特異性修飾，使表面不同位置具有不同的表面能，組裝位置尺寸形狀與微納器件第一表面的尺寸形狀一致，組裝基板上組裝位置所具有的表面能使其可以與溶液a浸潤(rùn)而不與溶液b浸潤(rùn)，組裝基板上非組裝位置所具有的表面能使其可以與溶液b浸潤(rùn)而不與溶液a浸潤(rùn)。

12、在一些實(shí)施例中，流體擾動(dòng)方式為柱塞泵、循環(huán)泵、蠕動(dòng)泵、毛刷、搖床、震蕩或離心方式。

13、在一些實(shí)施例中，所述步驟s2用以下步驟代替：

14、s201.將修飾后微納器件均勻分散于溶液a與溶液b的界面處，組裝基板以30-90°的任意角度緩慢插入溶液內(nèi)，微納器件基于界面相互作用組裝到組裝基板上的組裝位置，完成一次對(duì)準(zhǔn)，并構(gòu)成微納器件與組裝基板的初級(jí)組裝體。

15、在一些實(shí)施例中，在步驟s2中所述第一組裝容器中上層為溶液a，下層為溶液b，且所述第一組裝容器的底部安裝有通向所述第二組裝容器的傳送機(jī)構(gòu)，所述第一組裝容器內(nèi)安裝有擾流部件，用于擾動(dòng)所述溶液b；

16、將修飾后的微納器件與組裝基板通過溶液a送至到溶液b中，在此過程中，所述組裝基板表面的組裝位置與微納器件的第一表面均附著有溶液a所組成的液滴；

17、組裝基板固定于第一組裝容器底部的傳送機(jī)構(gòu)上，圖案化特異性修飾表面與溶液接觸，在擾流部件的作用下，微納器件在所述溶液b中無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在此過程中，組裝基板上組裝位置的液滴與微納器件第一表面的液滴碰撞融合形成液橋，基于界面張力，使所述微納器件組裝于組裝基板的組裝位置，完成一次對(duì)準(zhǔn)；

18、通過圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)組裝基板與微納器件的組裝狀態(tài)，組裝基板的所有組裝位置均組裝有微納器件后，停止對(duì)溶液b的擾動(dòng)，形成組裝基板與微納器件的初級(jí)組裝體。

19、在一些實(shí)施例中，在步驟s3中，初級(jí)組裝完成后，初級(jí)組裝體經(jīng)自動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)被傳遞至第二組裝容器內(nèi)；

20、所述初級(jí)組裝體進(jìn)入所述第二組裝容器內(nèi)，微納器件的第一表面與組裝基板的組裝位置之間由溶液a構(gòu)成的液橋緩慢溶解或揮發(fā)至流體c中。在液橋逐漸變小的過程中，由于界面張力變化微納器件與組裝基板的組裝位置之間的相對(duì)位置被精細(xì)調(diào)整，完成二次對(duì)準(zhǔn)，并形成最終組裝體。

21、在一些實(shí)施例中，在步驟s4中，所述最終組裝體自所述第二組裝容器中取出，利用焊接實(shí)現(xiàn)微納器件與組裝基板間的鍵合，焊接后的組裝體繼續(xù)完成后續(xù)封裝過程。

22、在一些實(shí)施例中，在步驟s201中，所述第一組裝容器的上層為溶液a，下層為溶液b，且所述第一組裝容器的底部安裝有通向所述第二組裝容器的自動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)；

23、修飾后的微納器件，由于密度與表面能的綜合作用，微納器件以第一表面面向溶液a的狀態(tài)均勻分散于溶液a與溶液b的界面處；

24、組裝基板圖案化修飾一面面向溶液，另一面面向第一組裝容器側(cè)壁，以30-90°的任意角度緩慢插入溶液中。在插入的過程中，由于表面能的差異組裝基板的組裝位置在溶液a與溶液b的界面處，引起界面形變，使得微納器件的第一表面與組裝基板的組裝位置相組裝，完成一次對(duì)準(zhǔn)，并構(gòu)成組裝基板與多個(gè)微納器件組成的初級(jí)組裝體。待組裝有微納器件的組裝基板完全浸沒于溶液b之后，調(diào)整組裝基板角度，組裝基板有組裝位置的一面面向溶液，固定于第一組裝容器底部自動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)上。

25、在一些實(shí)施例中，溶液a與溶液b二者互不相溶，溶液a與流體c二者微溶，溶液a為去離子水、鹽溶液或堿性溶液；溶液b為甲苯、正己烷、環(huán)己烷或二甲苯；流體c為乙酸乙酯、氯仿，乙醚或氮?dú)狻?/p>

26、與現(xiàn)有流體自組裝技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的用于微納器件的流體自組裝方法具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

27、1)提高了流體自組裝精度。通過兩步對(duì)準(zhǔn)的組裝過程，調(diào)控了微納器件與組裝基板之間液橋的溶解或揮發(fā)速度，有效地解決了液橋快速去除過程中，微納芯片與組裝基板可能發(fā)生相對(duì)位移，并被快速固定難以精細(xì)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致的組裝精度差的問題。

28、2)簡(jiǎn)化了組裝基板的制備過程。組裝基板的組裝位置在平面結(jié)構(gòu)上利用相似的表面能實(shí)現(xiàn)了對(duì)微納器件的捕獲，避免了組裝基板復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)的制備，簡(jiǎn)化了制備工序。也從根本上解決了形狀匹配流體自組裝中組裝精度與組裝效率之間的矛盾。

29、3)簡(jiǎn)化了微納器件制備過程。微納器件不同表面的表面能具有明顯差異，無(wú)需額外結(jié)構(gòu)或制備工藝，即可以實(shí)現(xiàn)組裝過程的面選擇性。簡(jiǎn)化了微納器件的制備工序。