浙江大学再发Nature！！！

一、【科学背景】

电子设备的小型化一直是信息科学和技术中永恒的追求，推动了计算能力和人机交互的革命。微LEDs通过将传统基于 III–V 族半导体的LEDs缩小到微米尺度而发展而来，展现出高亮度、高分辨率、低能耗和快速响应等增强的发光性能。这些优势推动了近眼显示技术（包括虚拟现实（VR）和增强现实（AR））的近期发展。因此，传统III-V半导体微型LED（micro-LEDs）因其高亮度、高分辨率和低能耗被视为显示技术的“终极方案”，但其生产成本高昂，且当像素尺寸缩小至10微米以下时效率显著下降，阻碍了商业化应用。钙钛矿LED（PeLEDs）作为一种新兴技术，具有低成本和高性能的潜力，但微型化过程中同样面临效率损失的挑战。现有研究显示，钙钛矿LED在微米尺度下的效率（如EQE）随尺寸缩小而下降，限制了其进一步小型化和高密度集成的可能性。因此，如何在保持高效率的同时实现钙钛矿LED的纳米级微型化，成为关键科学问题。

二、【科学创新】

今日，来自浙江大学的狄大卫教授和赵保丹研究员提出了基于钙钛矿半导体的微型和纳米级LED（micro-PeLEDs/nano-PeLEDs）的尺寸缩减技术，其像素特征长度从数百微米缩小至约90纳米。通过局部接触制造方案，有效抑制了像素边界的非辐射损耗。近红外（NIR）和绿色micro-PeLEDs在650至3.5微米的宽尺寸范围内，平均外部量子效率（EQE）维持在约20%，且效率几乎不随尺寸缩小而降低。当特征长度降至约90纳米时，nano-PeLEDs成为迄今报道的最小LED，实现了127,000像素/英寸（PPI）的创纪录像素密度。该研究还开发了基于商用薄膜晶体管（TFT）阵列的原型主动矩阵micro-PeLED显示器。与III-V半导体LED相比，micro/nano-PeLEDs在特征长度小于10微米时展现出显著优势，克服了传统LED的效率损失问题。这一成果凸显了钙钛矿LED作为下一代高密度、可扩展光源技术的巨大潜力。相关成果以“Downscaling micro- and nano-perovskite LEDs”为题发表在国际著名顶级期刊Nature上。

图1 微米/纳米钙钛矿LED的制备流程；© 2025 Nature

a.微米/纳米钙钛矿LED的关键制备步骤；

b. 微米/纳米钙钛矿LED的截面示意图；
c,d. 使用（c）和未使用（d）局部接触方法的电极原子力显微镜（AFM）图像；
e,f. 对应c和d中标记线的高度剖面；
g. RIE和光刻胶去除后的方形（1）和圆形（2）像素区域SEM图像。比例尺：20 μm（1），10 μm（2）；
h. 直径为1,000 nm（890 nm特征长度）、500 nm（440 nm）和100 nm（90 nm）的圆形像素局部接触区域SEM图像；

图2 近红外（NIR）微米/纳米钙钛矿LED的器件特性：© 2025 Nature

a. 工作状态的NIR微米钙钛矿LED（像素尺寸：200、100、50、30、20和10 μm）的光学图像；b. NIR微米钙钛矿LED的电致发光（EL）光谱。插图为特征长度10 μm的微米LED阵列的工作图像（驱动电压：2.5 V）；c. 电流密度-电压特性曲线；d. 辐射亮度-电压曲线；e. 外部量子效率（EQE）-辐射亮度数据；f. EQE-电流密度曲线；g. 纳米钙钛矿LED像素区域的SEM图像（对应图1a步骤8后的样品）；h. 纳米钙钛矿LED的辐射亮度-电压数据；i. 纳米钙钛矿LED的EQE-电流密度曲线；j. NIR微米/纳米钙钛矿LED的EQE随特征像素长度的变化。红色曲线为EQE分布的高斯拟合。背景色（青色、浅紫色、粉色）分别对应迷你、微米和纳米级LED的尺寸范围。

图3 绿色和红色微米/纳米钙钛矿LED的器件特性；© 2025 Nature

a,b. 工作状态的绿色（a）和红色（b）微米钙钛矿LED（特征长度：200 μm至约10 μm）的光学显微图像。驱动电压分别为3.0 V和3.2 V；c. 绿色微米钙钛矿LED的一维EL光谱分布；d. 绿色微米钙钛矿LED的EQE-亮度数据；e. 绿色微米/纳米钙钛矿LED的EQE随特征长度的变化。

图4 器件稳定性测试与原型主动矩阵微米钙钛矿LED显示屏；© 2025 Nature

a,b. 绿色微米钙钛矿LED在恒定电流密度10 mA cm⁻²（a）和50 mA cm⁻²（b）下的工作稳定性测试；c. 绿色微米钙钛矿LED的T50寿命随特征长度的变化；d–f. 基于商用TFT阵列的主动矩阵微米钙钛矿LED显示屏原型（像素尺寸：70 μm × 95 μm）显示的图像

图5 不同类别微型化LED的EQE与光谱纯度对比；© 2025 Nature

1. 不同类别LED的EQE随特征长度（或PPI）的变化曲线。微米/纳米钙钛矿LED在特征长度<10 μm时表现出显著优势；b. 本文钙钛矿LED的电致发光半峰宽（FWHM）与其他类别LED的对比（特征长度<100 μm）。

三、【科学启示】

本文的主要科学启示如下：

（1）技术突破：通过局部接触方案解决了微型化过程中的效率瓶颈，为钙钛矿LED的纳米级集成提供了新思路。127,000 PPI的超高像素密度为AR/VR近眼显示、超高清柔性屏幕等应用奠定了基础，可能推动显示技术革新。

（2）材料优势：钙钛矿材料在微型化中表现出的尺寸不敏感性（如宽范围内维持20% EQE），验证了其作为高效发光材料的独特优势。

（3）跨领域启发：该制造方法可拓展至其他光电器件（如太阳能电池、光电探测器），促进纳米光电子学的发展。

（4）可持续性：铅基与无铅（CsSnI₃）钙钛矿器件均展现出相似的微型化性能，为环境友好型器件的设计提供了参考。

论文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08685-w