高品質鈣钛礦薄膜在小尺寸LED中的應用
前言：迷你和微型發光二極管（Mini/micro-LED）是顯示和生物電子應用的理想技術平台。基于III-V半導體的Mini/micro-LED需要高品質外延和大規模轉移，生産成本高，制造難度大。鈣钛礦LED（PeLED）是傳統LED的新興替代品。
通過縮小PeLED的像素區域來建立非外延的迷你/微型LED的選擇有限。其實就需要有效的單像素PeLED，其活動區域從500×200 μm²到100×200 μm²，外部量子效率高達9.1%。
納米厚的氟化锂（LiF）中間層允許微觀器件結構内的表面張力緩解，實作高效PeLED體系與自對準光刻的堅固內建。
本研究報道了一種實作高效迷你/微型PeLED的方法。通過簡單的自對準光刻工藝，基于锂氟化物（LiF）塗層的混合次元鈣钛礦的迷你和微型PeLED被開發出來。
對應活動面積分别為500×200μm²、300×200μm²、200×200μm²和100×200μm²的峰值外部量子效率（EQE）分别為9.1%、8.6%、7.3%和4.1%。
為了實作高效迷你/微型PeLED，開發了一種簡單而強韌的制備工藝。通過自對準光刻技術，實作了有源像素的微細圖案。
将厚度約為420nm的負性光刻膠旋塗在預清潔的氧化铟錫（ITO）襯底上。通過帶有圖案的光刻掩模，将光刻膠曝光于紫外光下7-8秒（λ=365nm，100mJ/cm²）。
然後将塗覆的襯底浸入光刻膠顯影液中，并使用異丙醇（IPA）進行沖洗，以得到所需的微圖案。
接下來，使用射頻（RF）濺射在襯底上沉積60nm的二氧化矽（SiO2）作為絕緣層，并将其浸入剝離溶液中以去除光刻膠。
再沉積1nm LiF層之前，将鎳氧（NiOx）和聚（9-乙烯基咔唑）（PVK）等稱為Hole-transport層（HTLs）的物質旋塗在襯底上，并退火。
高極性的電媒體界面作為減小鈣钛礦前驅體溶液表面張力的有效模闆。這可能與氟在HTL/鈣钛礦界面上誘導的氫鍵形成有關。
鈣钛礦薄膜可以很容易地形成在HTLs上。沉積30nm厚的LiF層，形成鈣钛礦和電子傳輸層（ETLs）之間的絕緣牆。通過沉積ETLs和陰極電極，完成了器件制備。
對于微型/小型PeLED器件，形成均勻和高發光性能的鈣钛礦發光層顯得尤為重要，因為其活性面積比标準PeLED器件小兩個數量級。
通過在二甲基亞砜（DMSO）中旋塗鉛溴化物（PbBr2）、溴化铯（CsBr）、2-(4-甲氧基苯基)乙基铵溴（MOPEABr）、甲酰胺溴化物（FABr）和分子添加劑的前體溶液上形成均勻且高發光性能的鈣钛礦薄膜。
可以制備一系列鈣钛礦薄膜，并進行了比較，以證明薄膜優化的過程。結果顯示，純淨的CsPbBr3（CPB）鈣钛礦薄膜覆寫性較差，存在大量針孔。
對于CsxFA1-xPbBr3（CFPB）薄膜，由于在前體溶液中引入了FABr，樣品的形貌和覆寫率顯著改善（圖2C和2D）。另一方面，MOPEABr也可以改善薄膜形貌。
FABr和MOPEABr的效應，采用X射線光電子能譜（XPS）測量。N1s光譜中可觀察到兩個峰，表明N元素存在兩種不同的化學狀态。
AFM探針可以局部檢測鈣钛礦薄膜的熱膨脹，同時吸收紅外輻射的空間也會随之變化。紅外光譜的吸收峰用于表征化學物種的特征。
這些裝置的峰值量子效率分布相對較寬，可能是由于局部材料品質和邊緣效應的分布造成的。這可能與目前器件結構中電子和空穴的注入和平衡有關，需要考慮側向電流分布和邊緣效應。
結論：通過開發一種簡單且穩健的方法來制備微型/納米級PeLEDs。将超薄（約1納米）的LiF層插入到鈣钛礦和載流子傳輸材料之間，可以使表面張力得到緩解，進而實作了鈣钛礦發光層與自對準光刻微圖案制備的相容性。
與标準尺寸PeLEDs類似，高均勻性和發光效率對于實作高效的微型/納米級PeLEDs至關重要。通過仔細的成分控制，可以獲得平滑、發光強度高的鈣钛礦薄膜，光量子産率高達約50%。
未來的研究方向包括減少微型/納米級PeLEDs性能變化以及可靠地将像素陣列與薄膜半導體背闆內建到主動矩陣（AM）顯示器中。本研究擴充了下一代微型/納米級PeLED應用的視野。
