3 月 21 日消息，浙江大學(xué)宣布，該校研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出微米和納米鈣鈦礦 LED，并達(dá)到了傳統(tǒng) LED 難以觸及的 ——90nm 尺寸新極限，同時(shí)降尺度過程僅造成微弱的性能損耗。

相關(guān)研究成果已于昨日以“Downscaling micro- and nano-perovskite LEDs”為題發(fā)表在《自然》上（DOI:10.1038/s41586-025-08685-w）。

▲ 圖源：浙江大學(xué)

注：“降尺度”在電子科學(xué)中特指縮小基本器件尺寸的過程，引領(lǐng)著計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息顯示和人機(jī)交互等領(lǐng)域的技術(shù)革命。Micro LED 就是一種“降尺度”的 LED，通過縮小 LED 的尺寸，可實(shí)現(xiàn)超高清、超高精度的光電顯示。

浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院 / 海寧國際聯(lián)合學(xué)院狄大衛(wèi)教授介紹稱，“目前世界最先進(jìn)的顯示技術(shù)是基于 III-V 族半導(dǎo)體的 Micro LED，被認(rèn)為是顯示器的‘終極技術(shù)’。”

鈣鈦礦 LED 是一種可應(yīng)用于顯示、照明和通訊等領(lǐng)域的新型光源，在色彩純度、色域?qū)挾壬嫌袠O大的優(yōu)勢(shì)。幾年前，從三五族半導(dǎo)體 Micro LED 的微型化研究中得到啟發(fā)，狄大衛(wèi)團(tuán)隊(duì)開始研制用于未來顯示技術(shù)的更小的鈣鈦礦 LED。

初步嘗試后，團(tuán)隊(duì)于 2021 年首次提出了“微型鈣鈦礦 LED（micro-PeLED）”的概念，后續(xù)獲得了國家與國際專利。

“對(duì)鈣鈦礦 LED 進(jìn)行微型化并不能沿用 Micro LED 技術(shù)。而且，傳統(tǒng)的光刻工藝會(huì)破壞鈣鈦礦材料?！钡掖笮l(wèi)說，“制造微型鈣鈦礦 LED 最簡單的方法是對(duì)頂部和底部的電極接觸進(jìn)行圖案化，用電極重疊的區(qū)域定義發(fā)光像素區(qū)域，但是這種方法會(huì)使像素邊界處的鈣鈦礦材料暴露在電極邊緣，容易產(chǎn)生非輻射能量損耗，進(jìn)而使 LED 效率降低?！?/p>

“我們?cè)O(shè)計(jì)了一套局域接觸工藝，其能夠在附加絕緣層中引入由光刻制作的圖案化窗口，以確保像素區(qū)域遠(yuǎn)離電極邊緣。”連亞霄介紹。

圖：Micro / nano-PeLED 與其他 LED 技術(shù)的比較

這一工藝有效保證了 LED 的發(fā)光效率，使團(tuán)隊(duì)能夠制造像素尺寸從數(shù)百微米到 90 納米的鈣鈦礦 LED。趙保丹說：“對(duì)于綠色和近紅外鈣鈦礦 LED 而言，當(dāng)像素尺寸在數(shù)百微米到 3.5 微米范圍時(shí)，外量子效率均保持在 20% 左右?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的 micro 和 nano-PeLED 相較于基于 III-V 族半導(dǎo)體的 Micro LED 具有優(yōu)勢(shì)，大約在 180 納米的極小尺寸才開始顯現(xiàn)降尺寸效應(yīng)，此時(shí)的效率降低至最高值的 50%。而傳統(tǒng) Micro LED 在尺寸低于 10 微米時(shí)效率就已經(jīng)顯著下降。

狄大衛(wèi)說：“論文中所展示的 nano-PeLED 最小可達(dá)到 90 納米，是迄今為止報(bào)道的最小 LED 像素?！被诖耍瑘F(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的具有 127000 PPI 超高分辨率的 LED 像素陣列也摘得所有類型 LED 陣列最高分辨率的紀(jì)錄。

圖：有源矩陣 micro-PeLED 微顯示器呈現(xiàn)的圖像

據(jù)介紹，團(tuán)隊(duì)與杭州領(lǐng)摯科技攜手制作了由 TFT 背板驅(qū)動(dòng)的有源矩陣 micro-PeLED 微顯示器原型，能夠呈現(xiàn)復(fù)雜的圖像和視頻，目前正在積極推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用。