Kontrollierte On-Chip-Fertigung von großflächigen Perowskit-Einkristall-Arrays für die Integration von Lasern und Fotodetektoren

Adressierbare aktive Schichten werden in optoelektronischen Geräten dringend benötigt, um funktionale Integration und Anwendung zu realisieren. Metallhalogenid-Perowskite haben aufgrund ihrer überlegenen optoelektronischen Eigenschaften und ihres lösungsbasierten Herstellungsprozesses vielversprechende Anwendungen in optoelektronischen Geräten gezeigt.

Aufgrund der geringen chemischen Stabilität von Perowskit-Materialien in polaren Lösungsmitteln sind die am häufigsten verwendeten Photolithographie- und Ätztechniken für strukturierte Einkristall-Arrays jedoch höchst inkompatibel mit Perowskit-Materialien, was die Entwicklung von Perowskit auf dem Gebiet der optoelektronischen Geräte einschränkt. Es ist sehr wichtig, eine Vorbereitungsstrategie für das Perowskit-Einkristallarray zu finden, die die Eigenschaften jedes Pixels genau steuern und mit optoelektronischen Gerätearrays ausrichten kann.

Kürzlich erschien ein neues Papier in Licht: Wissenschaft & Anwendungenunter der Leitung von Professor Caofeng Pan vom Pekinger Institut für Nanoenergie und Nanosysteme, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und seinen Mitarbeitern, berichteten über eine SC-ASC-Strategie für großflächige, qualitativ hochwertige Perowskit-Einkristall-Arrays für die Integration optoelektronischer Geräte.

Dieses Verfahren bietet eine umfassende Kontrolle über das Perowskit-Einkristall-Array, einschließlich der Array-Form und -Auflösung mit Kristallabmessung und Positionsgenauigkeit sowie der Rotation des einzelnen Einkristalls in der Ebene in einer großflächigen Array-Konfiguration. Der so hergestellte Perowskit-Einkristall kann als hochwertige Mikrokavität für WGM-Laseremission mit einem hohen Q-Faktor von 2915 und einer niedrigen Schwelle von 4,14 μJ/cm2 dienen.

Aufgrund der leichten Regulierung des Perowskit-Arrays sowie seiner hervorragenden Gleichmäßigkeit wurde ein Perowskit-Photodetektor-Array basierend auf der vertikalen Struktur demonstriert, das ein stabiles dynamisches Photoverhalten und eine Abbildungsfähigkeit zeigt. Dieser Ansatz für das vollständig kontrollierte Wachstum von Perowskit-Arrays, der die herkömmliche Photolithographie und Lösungsverarbeitungsverfahren von Perowskiten kombiniert, bietet eine Fertigungsplattform für integrierte funktionale Photonik und Optoelektronik.

Die Wissenschaftler fassen die Schlüssel zur Realisierung eines vollständig kontrollierten Wachstums hochwertiger Perowskit-Arrays zusammen: „Das Substrat-Engineering definiert die Array-Auflösung und die Pixelposition, die räumliche Begrenzung könnte die Extraktion von Kontaktlinien regulieren, um sicherzustellen, dass nur ein Kristall an der definierten Position gebildet wird. und die durch Lösungsmittel unterstützte Kristallisation verbessert die Kristallqualität jedes Pixels.“

„SC-ASC ist ein effektives Verfahren zur Herstellung großflächiger einkristalliner Perowskit-Arrays, da es den herkömmlichen Fotolithografieprozess beinhaltet. 25 Perowskit-Arrays wurden auf einem 10 × 10 cm großen Glassubstrat demonstriert“, fügten sie hinzu.

„Aufgrund der einfachen Regulierung des Perowskit-Arrays sowie seiner hervorragenden Gleichmäßigkeit können die Kristallarrays direkt für die Integration in großformatige optoelektronische Geräte ausgerichtet werden. Dieser bahnbrechende Durchbruch beim Nachweis eines vollständig kontrollierten On-Chip-Wachstums der Perowskit-Einkristallarrays könnte beispiellose Anwendungen in den Bereichen Vision Sensing, Light Imaging und hochintegrierte Geräte ermöglichen“, prognostizieren sie.