大陸再獲突破！達傳統LED難以觸及的90奈米新極限

dalap

浙江大學新聞網消息，近日，浙江大學光電科學與工程學院／海寧國際聯合學院教授狄大衛和研究員趙保丹團隊研發的微米和奈米鈣鈦礦LED（micro-PeLED和nano-PeLED）達到了傳統LED難以觸及的——90nm尺寸新極限，同時「降尺度」過程僅造成微弱的性能損耗。

相關研究成果以〈Downscaling micro- and nano-perovskite LEDs〉為題，於20日發表在《自然》。論文第一作者為浙江大學光電科學與工程學院博士生連亞霄、王亞馨、袁瑜才、任智翔，論文通訊作者為狄大衛和趙保丹，浙江大學是唯一通訊單位。

器件「微型化」是科學家不斷追求的目標。在電子科學領域，不斷縮小基本器件尺寸過程就是——降尺度。

「目前世界最先進顯示技術是基於III-V族半導體的micro-LED，被認為是顯示器的『終極技術』。」狄大衛指出，micro-LED就是一種「降尺度」的LED，通過縮小LED尺寸，可實現超高清、超高精度光電顯示。

受限於複雜的工藝技術，micro-LED的製造成本極高。更為重要的是，當圖元尺寸減小到約10微米或更小時，micro-LED的效率會急劇下降。而這正是超高解析度的高端AR／VR應用所需要的圖元尺寸，昂貴的價格與較低的發光效率限制了大規模商業應用可能。

鈣鈦礦LED是一種可應用於顯示、照明和通訊等領域的新型光源，在色彩純度、色域寬度上有極大的優勢。幾年前，從三五族半導體micro-LED的微型化研究中得到啟發，狄大衛團隊開始研製用於未來顯示技術的更小的鈣鈦礦LED。

初步嘗試後，團隊於2021年首次提出了「微型鈣鈦礦LED（micro-PeLED）」概念，後續獲得了大陸與國際專利。

「微型化鈣鈦礦LED並不能沿用micro-LED技術。而且，傳統光刻工藝會破壞鈣鈦礦材料。」狄大衛說，製造微型鈣鈦礦LED最簡單的方法是對頂部和底部的電極接觸圖案化，用電極重疊區域定義發光圖元區域，但是這種方法會使圖元邊界處鈣鈦礦材料暴露在電極邊緣，容易產生非輻射能量損耗，進而使LED效率降低。

「我們設計了一套局域接觸工藝，其能夠在附加絕緣層中引入由光刻製作的圖案化視窗，以確保圖元區域遠離電極邊緣。」連亞霄介紹。

這一工藝有效保證了LED的發光效率，使團隊能夠製造圖元尺寸從數百微米到90奈米的鈣鈦礦LED。趙保丹說：「對於綠色和近紅外鈣鈦礦LED而言，當圖元尺寸在數百微米到3.5微米範圍時，外量子效率均保持在20％左右。」

狄大衛說：「論文中所展示的nano-PeLED最小可達到90奈米，是迄今為止報導的最小LED圖元。」基於此，團隊創建的具有127000 PPI超高解析度的LED圖元陣列也摘得所有類型LED陣列最高解析度的紀錄。