浙大最新Nature：90纳米，127,000 PPI，20%EQE，钙钛矿Mciro-LED

电子学和光子学领域的许多技术突破都是通过缩小尺寸实现的。基于III-V族半导体的发光二极管(LED)尺寸的缩小带来了微型LED，这是显示器的“终极技术”。然而，微型LED的生产成本高昂，并且当像素尺寸缩小到约10 μm或更小时，它们会出现严重的效率损失，从而阻碍其在商业应用中的潜力。

作为一种新兴的LED技术，钙钛矿LED (PeLED)以低加工成本表现出高性能。自2014年展示卤化物钙钛矿的室温电致发光(EL)以来，器件性能取得了实质性进展。展示了20-30%的高EQE和接近有机LED的工作寿命。像素尺寸在100 μm或更小数量级的微型PeLED的概念被提出作为PeLED研究的新方向。这种类型的器件显示出成为传统微型LED技术的替代品的潜力，而且制造成本大大降低。微型PeLED的初始原型是使用自对准光刻技术进行演示的，对于200 × 100 μm ² 的像素面积，峰值EQE约为4.1%。最近，通过直接光学图案化实现了像素面积为20 × 5 μm ² 的PeLED，其峰值EQE为6.8%，最大亮度超过20,000 cd m ^-2 。此外，通过印章图案化实现了像素面积为78.5 μm ² 的微型PeLED，其峰值EQE为3.9%，最大亮度为400 cd m ^-2 。与微型LED类似，当微型PeLED的像素尺寸减小到几十微米或更小的时候，大量的效率损失限制了进一步缩小尺寸的可能性。

创新的制造工艺 ：报道了一种创新的制造工艺，通过局部接触制造方案，成功实现了钙钛矿LEDs的微缩放。这种制造工艺使得像素特征长度可以缩小到约90纳米，这是目前报道的最小尺寸的LEDs之一。

优异的性能表现 ：对于近红外和绿色微钙钛矿LEDs，平均外量子效率（EQEs）在广泛的像素特征长度范围内（650到3.5微米）保持在约20%，展现出最小的性能下降。这表明在微缩放过程中，设备性能几乎没有损失。

高像素密度 ：纳米钙钛矿LEDs实现了高达127,000像素每英寸（PPI）的像素密度，创下了所有LED阵列中的记录。这使得这种LEDs在高分辨率显示技术中具有巨大的潜力。

广泛的适用性 ：文章还展示了这种微缩放技术在不同颜色（绿色、红色和天蓝色）的钙钛矿LEDs中的应用，证明了该技术的广泛适用性。

优异的稳定性 ：文章还对绿色微钙钛矿LEDs进行了操作稳定性测试，发现随着像素尺寸的减小，T50寿命有所增加，表明微缩放对设备的操作稳定性有积极影响。

高光谱纯度 ：微缩放后的钙钛矿LEDs展现出最窄的EL光谱半峰宽，这对于下一代需要高色纯度的显示应用非常有利。

图1.微型PeLED和纳米PeLED的制造过程

图2.NIR微型PeLED和纳米PeLED的器件特性

图3.绿色和红色微型PeLED/纳米PeLED的设备特性

图4.设备稳定性测量和原型有源矩阵微型PeLED显示器

图5.不同类别微型LED的EQE和光谱纯度

这篇论文展示了微型和纳米钙钛矿发光二极管（PeLEDs）的小型化，其特征像素长度从数百微米缩小到约 90 纳米。通过一种可防止像素边界处非辐射损失的局部接触制造方案，实现了这种小型化。近红外（NIR）和绿色微型 PeLED 的平均外量子效率（EQE）在很宽的像素长度范围（650 至 3.5 微米）内保持在 20% 左右，在尺寸缩小时性能下降最小。纳米 PeLED 的特征像素长度缩小到约 90 纳米，在所有类别的 LED 阵列中实现了创纪录的 127,000 像素/英寸（PPI）的像素密度。这项演示展示了微型和纳米 PeLED 作为下一代光源技术的优势，它具有前所未有的紧凑性和可扩展性。