近日,浙江大学狄大卫教授与赵保丹教授携手带领的科研团队,在顶尖学术期刊《Nature》上发表了题为 “Downscaling micro- and nano-perovskite LEDs” 的重要论文,在 LED 研究领域激起千层浪。
该团队成功研制出微米和纳米钙钛矿 LED(即 micro - 和 nano-PeLED),其像素尺寸跨度极大,从数百微米一直缩小至 90 纳米,堪称目前公开报道中尺寸最小的 LED 像素。不仅如此,团队还构建出像素阵列,其像素密度高达 127,000PPI,一举刷新了所有类型 LED 阵列的分辨率纪录,达到超高分辨率水平。论文指出,当下基于 III-V 族半导体的 Micro-LED 面临诸多挑战,一方面制造成本居高不下,另一方面当像素尺寸减小到约 10 微米甚至更小时,其效率会出现急剧下滑。与之形成鲜明对比的是,钙钛矿 LED(PeLEDs)凭借较低的加工成本,展现出颇为优异的性能。自 2014 年卤化物钙钛矿实现室温电致发光(EL)演示以来,相关器件的性能便不断取得实质性突破,如今其外量子效率(EQEs)已达 20 - 30%,工作寿命也逐步接近有机 LED。

在技术创新方面,该团队开创性地提出了一种局域接触工艺。通过在附加的绝缘层中引入光刻制作的图案化窗口,确保像素区域与电极边缘保持一定距离。这一创新举措意义重大,有效避免了钙钛矿材料因暴露在电极边缘,而引发的非辐射能量损耗问题,从而降低了 LED 效率。基于此策略,团队成功制造出绿色和近红外钙钛矿 LED。实验数据显示,降尺寸效应在像素尺寸缩小至约 180 纳米的极小尺度时才开始有所体现,此时 nano-PeLED 的效率降至最高值的 50%。这一成果充分表明,在超小尺寸范围内,micro 和 nano-PeLED 相较基于 III-V 族半导体的 Micro-LED,在效率方面具备显著优势,后者在尺寸低于 10 微米时效率便会大幅下降。

尤为引人注目的是,该团队成功研发出当前尺寸最小的 LED 器件,像素密度高达 127,000 PPI,在 LED 阵列分辨率方面独占鳌头。此外,团队依托商业薄膜晶体管(TFT)阵列,成功开发出原型主动矩阵 micro-PeLED 显示器,有力地验证了 micro - 和 nano-PeLED 在高分辨率显示领域的巨大应用潜力。通过对器件稳定性的测试以及对原型主动矩阵微型 PeLED 显示器的研究,进一步为其未来的实际应用奠定了坚实基础。浙江大学团队的这一研究成果,有望为 LED 技术的发展开辟新的道路,推动相关产业迈向新的发展阶段。