Micro-LED正逐漸成為下一代顯示技術，其特點是具有高分辨率、高亮度和高響應速度，這些特性在光通信、增強現實或虛擬現實以及可穿戴設備領域至關重要。美能顯示作為行業內領先的顯示技術檢測公司，一直密切關注著Micro-LED技術的發展，并致力于通過先進的檢測手段推動其性能提升和應用拓展。

最初，III-V族半導體被提議用于構建Micro-LED顯示屏，因為它們具有高發光效率和穩定性。然而，其實際應用面臨一些限制。（1）隨著像素尺寸的縮小，效率會下降，這使得像素尺寸的下限約為30μm；（2）由于轉移技術效率不高，其可擴展性也受到限制。

這些挑戰促使人們探索其他材料體系，例如金屬鹵化物鈣鈦礦，他們在高分辨率圖案化和可擴展制造方面具有極大潛力。

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MILLENNIAL DISPLAY

CsPbBr3鈣鈦礦的外延生長

Micro-LED應用對材料提出了同時且嚴格的五項要求：

• 高結晶度以實現高效的發光復合

• 晶體厚度小于微米級，以利于載流子傳輸

• 無晶粒邊界的晶體以避免短路

• 光學平整度以實現均勻發光

• 從外延襯底上快速剝離薄膜且損傷最小

以往的外延方法很難同時滿足所有這些要求。

來自中科院/理化所的研究人員實現了鈣鈦礦薄膜的外延生長，使其能夠無縫集成到像素尺寸低至4μm的Micro-LED中。通過利用石墨烯中間層和（0001）取向藍寶石襯底實現了鈣鈦礦外延生長的方法。

制備工藝示意圖

(左)利用藍寶石襯底和石墨烯中間層實現鈣鈦礦外延生長的示意圖；

(右)外延薄膜與功能層集成構建發光二極管

外延生長完成后，借助石墨中間層削弱外延層與襯底之間的結合力，通過簡單快速的釋放過程即可將鈣鈦礦薄膜從襯底上剝離。這種獨立的鈣鈦礦薄膜可無縫集成到Micro-LED器件中。

研究人員采用化學氣相沉積技術實現CsPbBr3鈣鈦礦的外延生長，首先在多個位置于外延襯底上成核，然后橫向生長，最終合并成無晶粒邊界薄膜。熒光顯微鏡圖像顯示了均勻的光致發光（PL），沒有觀察到晶粒邊界散射。

(左)外延襯底上鈣鈦礦薄膜的照片；(右)熒光顯微鏡拍攝圖像

為了進一步展示應力弛豫在鈣鈦礦程外延生長中的優勢，通過改變鹵化物的化學計量比來進一步調整鈣鈦礦的成分。

不同成分的鈣鈦礦薄膜圖像和對應的熒光顯微鏡圖像

上圖展示了具有不同成分的外延鈣鈦礦薄膜，對應的鈣鈦礦帶隙范圍為3.00至1.94 eV。熒光顯微照片顯示所有鈣鈦礦成分的光致發光分布均勻，無光散射現象，表明成功實現了無晶粒邊界外延薄膜的外延生長。

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MILLENNIAL DISPLAY

超高分辨率微型發光二極管

受這些高質量外延鈣鈦礦薄膜的啟發，研究人員開始展示其在Micro-LED中的應用。將生長在石墨藍寶石襯底上的CsPbBr3外延層剝離，然后轉移到帶有透明電極和空穴傳輸層的LED襯底上。為了構建微米級像素，在鈣鈦礦上制作光刻膠圖案以隔離每個像素。這種策略能夠實現低于10μm的分辨率，而無需直接對鈣鈦礦進行刻蝕，因為刻蝕不可避免地會引入缺陷和表面損傷。

為了評估光刻過程中鈣鈦礦可能受到的損害，對光刻前后的外延薄膜進行了TRPL和PLQE測量。原始薄膜和圖案化薄膜的PLQE和光生載流子壽命相當，表明在光刻過程中未檢測到損傷。這些結果歸因于全無機鈣鈦礦的內在化學穩定性以及光刻膠和顯影過程中使用的非極性溶劑。

鈣鈦礦薄膜的TRPL和PLQE測量

為評估器件性能，首先制備了具有0.04mm2的外延晶體鈣鈦礦發光二極管，對應像素尺寸為200μm。該LED在亮度為6.0x104cd m-2時的峰值外量子效率(EQE)為16.7%（下圖a），最大亮度為4.0x105cdm-2（下圖b）。對25個器件的EQE和亮度統計顯示，平均值分別為14.1%和1.8x105cd m-2（下圖c）。Micro-LED的運行穩定性在200μm像素的器件上進行測量。在初始亮度為1,000cd m-2時，半衰期T50，即亮度衰減至初始值50%所需的時間，可達到9.5小時（下圖d）。

Micro-LED的實際應用需要將LED器件與電子背板集成，以實現對每個像素的獨立控制。外延鈣鈦礦薄膜的光電特性和高效轉移特性使其能夠與最小像素尺寸為16μm的商業化LED背板集成。下圖展示了顯示面板的照片和器件結構，其中薄膜晶體管用于獨立控制每個鈣鈦礦像素。

顯示面板的照片和器件結構示意圖

基于轉移的外延鈣鈦礦薄膜，構建了一個50x50像素的Micro-LED顯示屏。這些Micro-LED陣列用于顯示亮度均勻的靜態圖像。通過動態獨立控制每個像素，進一步展示了這種Micro-LED器件的視頻顯示能力。

鈣鈦礦Micro-LED顯示的靜態圖像和視頻截圖

綜上所述，通過鈣鈦礦外延生長技術，研究人員成功實現了高性能Micro-LED的制備。這種技術不僅解決了傳統Micro-LED材料在小尺寸像素化和可擴展性方面的限制，還通過高質量的鈣鈦礦薄膜實現了高效率、高亮度和高穩定性的顯示性能。此外，該技術還展示了與商業化電子背板的兼容性，為未來Micro-LED在高端顯示領域的廣泛應用奠定了堅實基礎。

盡管目前仍面臨一些挑戰，但隨著研究的不斷深入，鈣鈦礦Micro-LED有望在未來顯示市場中占據重要地位，為人們帶來更加卓越的視覺體驗，美能顯示也將憑借其專業的檢測技術和豐富經驗，為鈣鈦礦Micro-LED技術的優化與質量把控提供堅實支持，助力這一新興顯示技術不斷成熟、走向更廣闊的市場。原文出處：《Remote epitaxial crystalline perovskites forultrahigh-resolution micro-LED displays》

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