“降尺度”在電子科學中特指縮小基本器件尺寸的過程，引領著計算機科學、信息顯示和人機交互等領域的技術革命。Micro LED就是一種“降尺度”的LED，通過縮小LED的尺寸，可實現超高清、超高精度的光電顯示。浙江大學光電科學與工程學院/海寧國際聯合學院狄大衛教授和趙保丹研究員團隊成功研發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，為迄今為止公開報道的最小LED像素。相關研究論文發表在國際期刊《自然》上。

    浙江大學光電科學與工程學院 / 海寧國際聯合學院狄大衛教授介紹稱，“目前世界最先進的顯示技術是基于III-V族半導體的Micro LED，被認為是顯示器的‘終極技術’。”

    鈣鈦礦LED是一種可應用于顯示、照明和通訊等領域的新型光源，在色彩純度、色域寬度上有極大的優勢。幾年前，從三五族半導體Micro LED的微型化研究中得到啟發，狄大衛團隊開始研制用于未來顯示技術的更小的鈣鈦礦LED。

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

    “對鈣鈦礦LED進行微型化并不能沿用Micro LED技術。而且，傳統的光刻工藝會破壞鈣鈦礦材料。”狄大衛說，“制造微型鈣鈦礦LED最簡單的方法是對頂部和底部的電極接觸進行圖案化，用電極重疊的區域定義發光像素區域，但是這種方法會使像素邊界處的鈣鈦礦材料暴露在電極邊緣，容易產生非輻射能量損耗，進而使LED效率降低。”

    “我們設計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，以確保像素區域遠離電極邊緣。”連亞霄介紹。

    這一工藝有效保證了LED的發光效率，使團隊能夠制造像素尺寸從數百微米到 90 納米的鈣鈦礦LED。趙保丹說：“對于綠色和近紅外鈣鈦礦LED而言，當像素尺寸在數百微米到3.5微米范圍時，外量子效率均保持在20%左右。”

    研究團隊開發的micro和nano-PeLED相較于基于III-V族半導體的Micro LED具有優勢，大約在180納米的極小尺寸才開始顯現降尺寸效應，此時的效率降低至最高值的50%。而傳統Micro LED在尺寸低于10微米時效率就已經顯著下降。

    狄大衛說：“論文中所展示的nano-PeLED最小可達到90納米，是迄今為止報道的最小LED像素。”基于此，團隊創建的具有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錄。

    據悉，微米和納米鈣鈦礦LED在AR/VR顯示等領域具有巨大應用潛力。據介紹，團隊與杭州領摯科技攜手制作了由TFT背板驅動的有源矩陣micro-PeLED微顯示器原型，能夠呈現復雜的圖像和視頻，目前正在積極推動技術應用。