“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)教授和趙保丹研究員團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出微米和納米鈣鈦礦LED，其降尺寸過程僅造成微弱的性能損耗。其中，最小尺寸僅為90納米的納米鈣鈦礦LED，為迄今為止公開報(bào)道的最小LED像素。相關(guān)研究論文發(fā)表在國際期刊《自然》上。

    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。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。”狄大衛(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。”

    “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。

    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。”

    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，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。”基于此，團(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。

    據(jù)悉，微米和納米鈣鈦礦LED在AR/VR顯示等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。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。