浙江大学：新型半导体技术造就世界最小LED

“降尺度(Downscaling)”在电子科学中特指缩小基本器件尺寸的过程，引领着计算机科学、信息显示和人机交互等领域的技术革命。对于实现更加微小的器件，科学家们一直保持着不懈的追求。 s;-(dQ{O  
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近日，浙江大学光电科学与工程学院/海宁国际联合学院狄大卫教授和赵保丹研究员团队研发的微米和纳米钙钛矿LED（micro-PeLED和nano-PeLED）达到了传统LED难以触及的——90nm尺寸新极限，同时降尺度过程仅造成微弱的性能损耗。相关研究成果以“Downscaling micro- and nano-perovskite LEDs”为题，于北京时间3月20日发表在《自然》上。论文第一作者为浙江大学光电科学与工程学院博士生连亚霄、王亚馨、袁瑜才、任智翔，论文通讯作者为狄大卫和赵保丹，浙江大学是唯一通讯单位。 k@1\ULo  
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“微缩”的艺术 \(9hg.E  
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根据信息技术的发展规律，集成电路上可容纳的晶体管数量大约每两年会翻一番，性能也会相应提升，带来电子设备越来越快的运行速度和不断降低的制造成本。 v]CH L# |  
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从诞生初期需要若干房间安置的计算机到如今集聚众多应用功能的小巧手机，从第一颗红光LED到如今色域宽广、色彩丰富的各式屏幕以及AR、VR眼镜……器件的“微型化”已经成为科学家们不断追求的目标。 7TCY$RcF,I  
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在电子科学领域，不断缩小基本器件尺寸的过程就是——降尺度。 W79wz\a  
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“目前世界最先进的显示技术是基于III-V族半导体的micro-LED，被认为是显示器的‘终极技术’。”狄大卫介绍，micro-LED就是一种“降尺度”的LED，通过缩小LED的尺寸，可实现超高清、超高精度的光电显示。 |/,XdTSy  
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受限于复杂的工艺技术，micro-LED的制造成本极高。更为重要的是，当像素尺寸减小到约10微米或更小时，micro-LED的效率会急剧下降。而这正是超高分辨率的高端AR/VR应用所需要的像素尺寸，昂贵的价格与较低的发光效率限制了其大规模商业应用的可能。 eR,ePyA;  
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钙钛矿LED是一种可应用于显示、照明和通讯等领域的新型光源，在色彩纯度、色域宽度上有极大的优势。几年前，从三五族半导体micro-LED的微型化研究中得到启发，狄大卫团队开始研制用于未来显示技术的更小的钙钛矿LED。 U_ j\UQC  
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初步尝试后，团队于2021年首次提出了“微型钙钛矿LED（micro-PeLED）”的概念，后续获得了国家与国际专利。 g9 .b6}w!  
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“雕刻”更小的钙钛矿LED OgpZwwk  
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“对钙钛矿LED进行微型化并不能沿用micro-LED技术。而且，传统的光刻工艺会破坏钙钛矿材料。”狄大卫说，制造微型钙钛矿LED最简单的方法是对顶部和底部的电极接触进行图案化，用电极重叠的区域定义发光像素区域，但是这种方法会使像素边界处的钙钛矿材料暴露在电极边缘，容易产生非辐射能量损耗，进而使LED效率降低。 2y/|/IW=  
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“我们设计了一套局域接触工艺，其能够在附加绝缘层中引入由光刻制作的图案化窗口，以确保像素区域远离电极边缘。”连亚霄介绍。 1m$:Rn^  
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这一工艺有效保证了LED的发光效率，使团队能够制造像素尺寸从数百微米到90纳米的钙钛矿LED。赵保丹说：“对于绿色和近红外钙钛矿LED而言，当像素尺寸在数百微米到3.5微米范围时，外量子效率均保持在20%左右。” d{?X:*F