牛！他，师从江雷院士，新发Nature Nanotechnology！

学术 2025-01-28 00:04 上海

关注下方公众号

获取更多前沿期刊速递和精彩学术报告回放

研究背景

发光二极管（LED）的小型化在超高分辨率显示器中至关重要。金属卤化物钙钛矿有望为明亮的微型发光二极管（micro-LED）显示器提供高效的发光、长程载流子传输和可扩展的制造。然而，薄膜钙钛矿的光发射空间分布不均匀，光刻表面不稳定，与micro-LED器件不相容。micro-LED非常需要具有消除晶界、稳定表面和光学均匀性的连续单晶钙钛矿薄膜，但其生长和器件集成仍然具有挑战性。

成果简介

针对以上问题，中国科学院理化技术研究所吴雨辰、吉林大学邱宇辰以及中国科学技术大学凤建岗团队报道了晶体钙钛矿薄膜的远程外延生长，使其能够无缝集成到像素尺寸低至4 μm的micro-LED中。通过加入亚纳米石墨烯中间层，实现了具有松弛应变的钙钛矿的远程外延和转移。这些micro-LED具有16.7%的高电致发光效率和4.0 × 10⁵ cd m⁻²的高亮度。

这种高性能源于具有高结晶度、松弛应变和数百纳米厚度的外延钙钛矿中缺陷的抑制和高效的载流子传输。独立的钙钛矿可以与商用电子平面集成，对每个像素进行独立和动态控制，从而实现静态图像和视频显示。该研究结果为外延钙钛矿的单片集成提供了一个新的平台，用于制造像素<10 μm的超高分辨率micro-LED显示屏，从而实现明亮、高效和均匀的光发射。

相关研究成果以“Remote epitaxial crystalline perovskites for ultrahigh-resolution micro-LED displays”为题，于2025年1月15日发表在Nature Nanotechnology上。袁萌、凤建岗、李辉为本文的共同第一作者。凤建岗、邱宇辰、吴雨辰为本文的通讯作者。

作者简介

吴雨辰，中国科学院理化技术研究所研究员，吉林大学化学学士，中国科学院化学研究所物理化学博士。2016~2019年，任中国科学院理化技术研究所助理研究员，2019年起任中国科学院理化技术研究所研究员，目前主要的研究方向是光电功能材料组装与器件，以第一/通讯作者在Nat. Nanotechnol.，Nat. Electron.，Nat.Commun.，Sci. Adv.，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.等国际期刊发表论文，并受邀在Acc. Chem. Res.，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.等期刊撰写综述和前瞻论文，相关研究成果被Nature，Nature Electronics 等杂志进行专题报道。

图文导读

图1 单晶micro-LED的远程外延钙钛矿

本文利用化学气相沉积技术对CsPbBr₃钙钛矿进行外延生长，在4 cm²的面积上得到了均匀的无晶界的薄膜。在外延生长后，受益于石墨烯中间层削弱外延层与蓝宝石衬底之间的结合，钙钛矿薄膜可以通过简单快速的释放过程从衬底上剥离。钙钛矿薄膜的独立特性可以无缝地集成到micro-LED器件中。荧光显微图像显示均匀的光致发光，光散射时没有可观察到的晶界。高分辨率STEM图像显示CsPbBr₃晶格没有可观察到的缺陷和晶界。选择区域电子衍射（SAED）表明了这种钙钛矿薄膜的高质量，其中离散的衍射斑点具体地证明了它的高结晶度，和纯（101）晶体取向的外延性质。

图2 CsPbBr₃钙钛矿薄膜的远程外延

团队利用拉曼光谱表征CsPbBr₃薄膜的应变弛豫。对于零应变CsPbBr₃晶格，75 cm⁻¹处的峰值可归因于[PbBr₆]⁴⁻八面体的集体振动。对于直接生长在蓝宝石衬底上的钙钛矿层，观察到拉曼峰的位移为4.34 cm⁻¹，对应于0.5%的应变。相反，拉曼峰的位移在远外延钙钛矿层中变得不可观察，显示出应变松弛晶格。通过电子能量损失谱分析证实了CsPbBr₃和蓝宝石衬底之间存在石墨烯中间层。在界面处，碳k边信号的增加表明在远程外延后存在石墨烯中间层。石墨烯中间层进一步通过碳的G波段（初级平面内振动G模式）和2D波段（二阶泛音2D模式）峰得到证实。

为了评估远程外延中的应变松弛，进一步进行了基于截面高分辨率TEM结果的几何相位分析。通过这种分析，提取了应变沿水平（e_xx）和垂直（e^yy）方向的空间分布。对于直接生长在蓝宝石上的CsPbBr₃，在水平和垂直方向上都观察到错配应变，表明应变CsPbBr₃晶格源于异质外延。引入石墨烯夹层后，失配应变的水平分量减小，表明面内应变松弛。因此，在钙钛矿生长的背景下，远程外延不仅有助于钙钛矿连续膜的有效释放，而且有利于应变松弛，从而获得质量更高的钙钛矿。

应变松弛机制允许生长具有更高本征晶格失配的其他钙钛矿组分。这种由石墨烯中间层形成的应变弛豫机制也在III-V型半导体的异地外延生长中得到了报道。在该项研究中，松弛应变使高晶体质量和广泛可调的钙钛矿组成成为可能。

图3 外延钙钛矿的组成工程

为了进一步证明松弛应变在钙钛矿远程外延中的优势，通过改变卤化物的化学计量来进一步调整钙钛矿的组成。图3a为CsPbCl₃, CsPbCl_1.3Br_1.7, CsPbBr₃, CsPbBr_2.1I_0.9 和 CsPbBrI₂组成的外延钙钛矿薄膜，对应的钙钛矿带隙范围为3.00 ~ 1.94 eV。荧光显微照片显示，所有钙钛矿成分的PL分布均匀，无光散射，表明无晶界外延膜的成功外延生长。

为了证明不同成分的钙钛矿的外延生长，进行了一系列的表征。首先，电子背散射衍射（EBSD）在500 × 500 μm²范围内显示出纯粹的面外晶体取向。其次，所有外延钙钛矿都有两个主要的XRD峰，表明它们的纯（101）或（001）面外取向，由正交相或立方相决定。

钙钛矿的带隙由吸收光谱测定。从CsPbCl₃到CsPbBrI₂，所有钙钛矿都表现出强烈的激子共振，随后是高能量的连续带到带跃迁。这与先前在具有紧密结合的Wannier–Mott激子的外延无机钙钛矿上的结果一致。随着钙钛矿成分从Cl到I的变化，激子峰能量在3.03 ~ 1.99 eV之间变化。

图4 用于micro-LED的外延钙钛矿

将石墨烯-蓝宝石衬底上的CsPbBr₃剥离，然后用透明电极和空穴传输层转移到LED衬底上构建micro-LED，其外部量子效率（EQE）为16.7%，亮度为4.0 × 10⁵ cd m⁻²，显示分辨率高，最小像素尺寸低至4 μm。这些最先进的钙钛矿micro-LED受益于缺陷密度的抑制、短的电子传导通道、稳定的表面、均匀的光发射和外延钙钛矿薄膜固有的光学平坦性等独特优势。而且，晶体薄膜可以与电子背板集成，以构建具有独立和动态控制每个像素的micro-LED显示屏，用于静态图像和视频显示。即使与创纪录性能的薄膜LED相比，该项工作的外延钙钛矿LED也显示出相当的亮度。

结论展望

该项工作报道了用于micro-LED的取向钙钛矿的远程外延生长，实现了16.7%的高EQE， 4.0 × 10⁵cd m⁻²的高亮度和低至4 μm的高分辨率。micro-LED显示屏的优异性能得益于钙钛矿薄膜的高结晶度和松弛应变，钙钛矿涂层的快速释放和最小的损伤使器件集成成为可能。全彩micro-LED显示屏有望通过集成多个钙钛矿组件来构建。这些外延钙钛矿的晶体平整度、亚波长厚度和均匀的光发射也有利于它们与纳米光子结构（如共振超表面和光子晶体）的单片集成，用于制造具有强光-物质相互作用和可编程光尺寸（如方向、极化、相位和轨道角动量）的电子注入光子器件。

文献信息

Meng Yuan, Jiangang Feng*, Hui Li, Hanfei Gao, Yuchen Qiu*, Lei Jiang & Yuchen Wu*, Remote epitaxial crystalline perovskites for ultrahigh-resolution micro-LED displays, Nat. Nanotechnol. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01841-9

内容仅做学术分享之用，版权归原作者所有，若涉及侵权等行为，请联系我们删除！

科研云

线上直播/精品课程

资讯追踪/期刊速递/科研工具

科研云

学术分享

最新文章

春节福利来袭！华为 Mate 70 免费送，智能好礼贺新春

985高校教授：博士们，过年回家能不能别装？

兰州大学，Nature Materials！

苏州大学/兰州化物所Rare Metals：热冲击法合成Re/CNTs高效电催化析氢催化剂

“航空航天大学”，要来了

【科研绘图】专注科研可视化

新年免费送华为手机Mate 70活动正式开始，高通量全自动焦耳加热装置重磅上市！

除旧迎新万事胜意 | 科研云祝大家新春快乐！

中国科学院院士陈军，2025年首篇Angew！

985原院士校长，履新国家发改委！

牛！他，师从江雷院士，新发Nature Nanotechnology！

长春应化所周敏Angew： Pt基高熵合金中元素组合的高通量筛选

太原理工大学王剑/刘一鸣团队ACS Catalysis: 高效Co-LDH/Bi₂O₃/TiO₂光电催化甘油升值转化耦合制氢

理工大学，牵手联想！

第八届中国（国际）能源材料化学研讨会 (第一轮通知)

中国工程院院士，辞去一切职务！

院士领衔！他，大化所「国家杰青」，Nature子刊！

光催化，地大「国家杰青」，新发Nature子刊！

昆明理工大学JCIS：闪蒸焦耳加热实现光伏废弃石墨的绿色高效回收与再利用

中国工程院院士裴荣富逝世

6人！北京大学，全国高校第一

科研云直播服务支持

停办！这所高校，被摘牌

河南大学武四新等：氢的光电特性调控和缺陷钝化作用实现高效银取代铜锌锡硫硒光伏器件

【PS公开课】素材讲解第13期：电镜图上色

他，“诺奖风向标”斯隆奖得主、清华校友，手握4篇Nature/3篇Science，再登Nature！

中科大「国家优青」，新发Nature子刊！

西安交大&萨里大学 Sustainable Energy Fuels：焦耳加热技术助力锂二氧化碳电池气体电极性能优化

985医学院，获批837项国家自然科学基金

中科精研焦耳加热装置：超快加热，高通量输出，助力科研突破！

网传江苏大学“人事处处长被打、去年200多位老师离职”，校方回应

崔屹院士，最新Nano Letters！

强强联合！牛津大学-香港理工大学-中科院武汉精测院，最新Science！

中国工程院院士，获终身成就奖章！

北京大学/山西大学CEJ：高功率快速焦耳加热法实现石墨烯的高效大规模生产

重磅！青年A类65项，青年B类453项，拟立项清单公示

华为工程师，将任C9博导！

科研云-理论计算 | 算力觉醒，撬动科研世界的 “阿基米德支点”

官方发文：鼓励高校教师在职办公司

师徒联手！李灿院士/李仁贵，最新JACS！

【今日直播】分子医学论坛第68期

华科&浙大Joule：动力学解耦碳化策略助力高性能钠离子电池负极材料开发

理工大学副校长，任科技厅副厅长！

Angew: 缓冲羟基自由基体系用于光催化甲烷偶联

交通大学，成立新学院！

【科研绘图】专注科研可视化

第二届电动飞行器电源与智能感知技术产业国际大会暨2025新质生产力技术研讨会（第一轮通知）

【今天19:00】科学前沿系列云讲座第278期 | 几类新超导体的实验制备及物性研究 | 介孔碳载能源材料

第二届新能源光电材料与技术会议-第二轮通知

中国科学院院士高镇同逝世

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉