Direktes Laserschreiben auf Halogenidperowskiten: Von Mechanismen zu Anwendungen

Metallhalogenid-Perowskite sind aufgrund ihrer hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften, wie hoher Photolumineszenz (PL), Quantenausbeute (QY), hoher Absorptionskoeffizient, einstellbarer Bandlücken, langer Trägerdiffusionslängen usw., zu wohlverdienten „Star“-Materialien unter einer Vielzahl von Halbleitern geworden hohe Fehlertoleranz, die sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie große Aufmerksamkeit erregt.

Mittlerweile ist das direkte Laserschreiben (DLW), das auf der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie basiert, eine effiziente, kontaktlose, maskenfreie und tiefenaufgelöste Mikrostrukturierungstechnik. Dies erfolgt typischerweise durch die Kopplung eines Laserstrahls mit einem hochauflösenden Mikroskop, um den Ausgabebrennfleck zu minimieren. Die Auflösung von DLW hängt vom Durchmesser des Ausgangsbrennflecks und der Schwellenreaktion des Materials ab.

Abhängig von den Herstellungsmechanismen und den Schwellenreaktionen des Materials liegt die beste Auflösung normalerweise zwischen einigen wenigen und einigen hundert Nanometern. Die DLW-Forschung vertieft auch das grundlegende Verständnis der Wechselwirkungsmechanismen zwischen Licht und Perowskiten und ebnet den Weg für die Entwicklung optoelektronischer Geräte mit verbesserter Leistung.

In einem Übersichtsartikel veröffentlicht In Licht: Fortschrittliche Fertigungein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Zhixing Gan vom Center for Future Optoelectronic Functional Materials der Nanjing Normal University, China, und Kollegen haben die jüngsten Forschungsfortschritte von DLW zu Perowskiten zusammengefasst.

Die konkreten Wechselwirkungsmechanismen zwischen Laser und Perowskit werden in sechs Teile kategorisiert, darunter Laserablation, laserinduzierte Kristallisation, laserinduzierte Ionenmigration, laserinduzierte Phasentrennung, laserinduzierte Photoreaktion und andere laserinduzierte Übergänge.

Anschließend konzentrieren sie sich auf die Anwendungen dieser Perowskite mit Mikro-/Nanomustern und Array-Strukturen, beispielsweise für Displays, optische Informationsverschlüsselung, Solarzellen, LEDs, Laser, Fotodetektoren und planare Linsen. Die Vorteile der gemusterten Strukturen werden hervorgehoben. Abschließend werden aktuelle Herausforderungen für DLW auf Perowskiten angesprochen und auch Perspektiven auf deren zukünftige Entwicklungen dargelegt.

Laser sind ein hervorragendes Werkzeug zur Manipulation, Herstellung und Bearbeitung von Nano-/Mikrostrukturen auf Halbleitern mit den einzigartigen Vorteilen hoher Präzision, kontaktloser, einfacher Bedienung und Maskenfreiheit. Aufgrund der besonderen Struktur von Perowskiten wurde DLW entwickelt, das auf unterschiedlichen Wechselwirkungsmechanismen zwischen Laser und Perowskiten basiert.

Der detaillierte Interaktionsmechanismus hängt stark vom Laser ab, wie z. B. Wellenlänge, Puls/CW, Leistung und Wiederholungsrate, und stellt somit ein flexibles und leistungsstarkes Werkzeug zur Verarbeitung der Perowskite mit präzise kontrollierten Nano- oder Mikrostrukturen dar. Die vielfältigen Wechselwirkungsmechanismen bestimmen das große Potenzial des DLW für verschiedene Anwendungen in der Mikroelektronik, Photonik und Optoelektronik.

Kostengünstigere und flexibel steuerbare Herstellungslaser sowie die überlegenen optoelektronischen Eigenschaften von Perowskit werden ein großes Anwendungspotenzial für DLW auf Perowskiten mit sich bringen. Derzeit steckt es noch in den Kinderschuhen und man rechnet in naher Zukunft mit einem enormen Boom sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Industrienachfrage.

Für die zukünftige Entwicklung von DLW auf Perowskiten müssen einige entscheidende technische Engpässe gelöst werden, wie z. B. die Auflösung der DLW-Technik, die bestehende Zeit der getrennten Phasen und die Mikrostrukturierungstechnik für flexible Substrate usw. Die Anwendungen von Perowskiten decken nahezu ab alle Arten von optoelektronischen und photonischen Bereichen, wie Einzelphotonenquellen, Mikro-/Nanolaser, Fotodetektoren, optische Tore, optische Kommunikation, Wellenleiter und nichtlineare Optik.