高质量钙钛矿薄膜在小尺寸LED中的应用
前言：迷你和微型发光二极管（Mini/micro-LED）是显示和生物电子应用的理想技术平台。基于III-V半导体的Mini/micro-LED需要高质量外延和大规模转移，生产成本高，制造难度大。钙钛矿LED（PeLED）是传统LED的新兴替代品。
通过缩小PeLED的像素区域来创建非外延的迷你/微型LED的选择有限。其实就需要有效的单像素PeLED，其活动区域从500×200 μm²到100×200 μm²，外部量子效率高达9.1%。
纳米厚的氟化锂（LiF）中间层允许微观器件结构内的表面张力缓解，实现高效PeLED体系与自对准光刻的坚固集成。
本研究报道了一种实现高效迷你/微型PeLED的方法。通过简单的自对准光刻工艺，基于锂氟化物（LiF）涂层的混合维度钙钛矿的迷你和微型PeLED被开发出来。
对应活动面积分别为500×200μm²、300×200μm²、200×200μm²和100×200μm²的峰值外部量子效率（EQE）分别为9.1%、8.6%、7.3%和4.1%。
为了实现高效迷你/微型PeLED，开发了一种简单而强韧的制备工艺。通过自对准光刻技术，实现了有源像素的微细图案。
将厚度约为420nm的负性光刻胶旋涂在预清洁的氧化铟锡（ITO）衬底上。通过带有图案的光刻掩模，将光刻胶曝光于紫外光下7-8秒（λ=365nm，100mJ/cm²）。
然后将涂覆的衬底浸入光刻胶显影液中，并使用异丙醇（IPA）进行冲洗，以得到所需的微图案。
接下来，使用射频（RF）溅射在衬底上沉积60nm的二氧化硅（SiO2）作为绝缘层，并将其浸入剥离溶液中以去除光刻胶。
再沉积1nm LiF层之前，将镍氧（NiOx）和聚（9-乙烯基咔唑）（PVK）等称为Hole-transport层（HTLs）的物质旋涂在衬底上，并退火。
高极性的电介质界面作为减小钙钛矿前驱体溶液表面张力的有效模板。这可能与氟在HTL/钙钛矿界面上诱导的氢键形成有关。
钙钛矿薄膜可以很容易地形成在HTLs上。沉积30nm厚的LiF层，形成钙钛矿和电子传输层（ETLs）之间的绝缘墙。通过沉积ETLs和阴极电极，完成了器件制备。
对于微型/小型PeLED器件，形成均匀和高发光性能的钙钛矿发光层显得尤为重要，因为其活性面积比标准PeLED器件小两个数量级。
通过在二甲基亚砜（DMSO）中旋涂铅溴化物（PbBr2）、溴化铯（CsBr）、2-(4-甲氧基苯基)乙基铵溴（MOPEABr）、甲酰胺溴化物（FABr）和分子添加剂的前体溶液上形成均匀且高发光性能的钙钛矿薄膜。
可以制备一系列钙钛矿薄膜，并进行了比较，以证明薄膜优化的过程。结果显示，纯净的CsPbBr3（CPB）钙钛矿薄膜覆盖性较差，存在大量针孔。
对于CsxFA1-xPbBr3（CFPB）薄膜，由于在前体溶液中引入了FABr，样品的形貌和覆盖率显著改善（图2C和2D）。另一方面，MOPEABr也可以改善薄膜形貌。
FABr和MOPEABr的效应，采用X射线光电子能谱（XPS）测量。N1s光谱中可观察到两个峰，表明N元素存在两种不同的化学状态。
AFM探针可以局部检测钙钛矿薄膜的热膨胀，同时吸收红外辐射的空间也会随之变化。红外光谱的吸收峰用于表征化学物种的特征。
这些设备的峰值量子效率分布相对较宽，可能是由于局部材料质量和边缘效应的分布造成的。这可能与当前器件结构中电子和空穴的注入和平衡有关，需要考虑侧向电流分布和边缘效应。
结论：通过开发一种简单且稳健的方法来制备微型/纳米级PeLEDs。将超薄（约1纳米）的LiF层插入到钙钛矿和载流子传输材料之间，可以使表面张力得到缓解，从而实现了钙钛矿发光层与自对准光刻微图案制备的兼容性。
与标准尺寸PeLEDs类似，高均匀性和发光效率对于实现高效的微型/纳米级PeLEDs至关重要。通过仔细的成分控制，可以获得平滑、发光强度高的钙钛矿薄膜，光量子产率高达约50%。
未来的研究方向包括减少微型/纳米级PeLEDs性能变化以及可靠地将像素阵列与薄膜晶体管背板集成到主动矩阵（AM）显示器中。本研究扩展了下一代微型/纳米级PeLED应用的视野。
