與傳統(tǒng)LCD、OLED平板顯示相比，微型發(fā)光二極管（Micro LED）具有小尺寸（小于50μm）、高亮度、高對(duì)比度、低功耗和長壽命的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是顯示技術(shù)的終極方案，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）/虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）顯示、高端電視和智能穿戴設(shè)備等領(lǐng)域商用價(jià)值巨大。AR/VR的高分辨率Micro LED微顯示對(duì)驅(qū)動(dòng)背板的集成度提出了極高的要求，因此目前Micro LED微顯示的驅(qū)動(dòng)背板主要基于硅基CMOS技術(shù)，制造成本昂貴。而傳統(tǒng)的低溫多晶硅（LTPS）和金屬氧化物薄膜晶體管在驅(qū)動(dòng)性能、制造工藝和成本等方面仍然存在挑戰(zhàn)，難以滿足實(shí)際需求。近年來，新型二維半導(dǎo)體TFT技術(shù)（如MoS2）也在向Micro-LED微顯示應(yīng)用方向發(fā)展，但目前受材料生長和轉(zhuǎn)移技術(shù)的限制，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。碳納米管薄膜晶體管（CNT-TFT）具有高載流子遷移率、高電流驅(qū)動(dòng)能力、高集成度的優(yōu)勢(shì)。近年來隨著高純度半導(dǎo)體碳納米管薄膜規(guī)模化制備技術(shù)逐步成熟和CNT-TFTs大規(guī)模低溫制備工藝的進(jìn)步，CNT-TFT技術(shù)被認(rèn)為有望在Micro-LED顯示領(lǐng)域取得實(shí)際應(yīng)用。

    北京大學(xué)碳基電子學(xué)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合山西北大碳基薄膜電子研究院和南京大學(xué)，開發(fā)CNT-TFT驅(qū)動(dòng)的Micro-LED微顯示技術(shù)，通過引入Al2O3/SiO2柵介質(zhì)疊層以及Y2O3/SiO2/PI鈍化層，優(yōu)化了CNT-TFTs的電學(xué)性能。采用通常紫外光刻制備的溝道長度3μm的CNT-TFTs開態(tài)電流達(dá)10μA/μm，遷移率達(dá)27cm2/(V∙s)，可用于數(shù)百PPI（pixel per inch）分辨率的Micro-LED顯示驅(qū)動(dòng)；溝道長度的0.5μm器件開態(tài)電流達(dá)到80μA/μm、遷移率達(dá)到40cm2/(V∙s)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)千PPI分辨率的Micro-LED微顯示。研究團(tuán)隊(duì)利用一種基于銦柱的共晶鍵合工藝，實(shí)現(xiàn)了2T1C CNT-TFT驅(qū)動(dòng)背板和Micro-LED芯片的異質(zhì)集成，鍵合成功率可達(dá)100%。團(tuán)隊(duì)開發(fā)了針對(duì)CNT-TFT驅(qū)動(dòng)背板的像素驅(qū)動(dòng)電路和外圍控制電路，能夠支持脈沖幅度調(diào)制（PAM）和脈沖寬度調(diào)制（PWM）兩種驅(qū)動(dòng)方式，成功制備并演示了首個(gè)碳納米管有源矩陣背板驅(qū)動(dòng)的Micro-LED微顯示器，可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像顯示，被審稿人評(píng)價(jià)為“迄今為止展示的性能最強(qiáng)的碳納米管驅(qū)動(dòng)的LED顯示器”，展示了碳納米管在先進(jìn)顯示驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的應(yīng)用潛力。

    相關(guān)成果以題為“碳納米管有源矩陣背板驅(qū)動(dòng)的Micro-LED微顯示器”(Micro-LED MicroDisplays Driven by Carbon Nanotube Active-Matrix Backplanes)的論文，于2025年6月13日在線發(fā)表于《ACS Nano》。北京大學(xué)博士生黎怡、南京大學(xué)博士后郭焱為共同第一作者，北京大學(xué)電子學(xué)院、碳基電子學(xué)研究中心、山西北大碳基薄膜電子研究院梁學(xué)磊教授和曹宇副研究員，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院、江蘇省先進(jìn)光子與電子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周玉剛教授為共同通訊作者。

    上述研究得到國家自然科學(xué)基金、山西省科技重大專項(xiàng)計(jì)劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。本項(xiàng)工作還得到了固態(tài)照明與節(jié)能電子學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心以及江蘇省高等教育機(jī)構(gòu)優(yōu)先學(xué)科發(fā)展項(xiàng)目的支持。