作者：Jean-Jacques DeLisle，特約撰稿人

為了迎來下一代高清顯示技術，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的一個研究團隊開發出了由軟半導體構建的新型發光納米線技術。該團隊能夠從單根納米線開發出紅、綠、藍 (RGB) 光發射器和低至 500 納米的納米線。為了進行比較，Apple 的旗艦視網膜顯示器可以達到每英寸約 400 像素，每像素大約為 60 微米。伯克利實驗室的研究人員能夠制造出每英寸可以達到大約 50.000 像素的光發射器，超過兩個數量級。

在這種尺寸下，這項新技術可以與最新的量子點技術競爭，后者仍然使用發光的標準半導體納米晶體。盡管研究演示側重于光發射，但“軟”半導體納米線異質結器件技術可能不僅僅適用于顯示應用，還可能成為未來光伏、固態照明、多色 LED 激光器和其他切割領域的主要參與者。邊緣光電應用。此外，同樣的技術在高密度二極管和晶體管陣列中也可能是可行的，為許多超越最先進的應用打開了大門。

此圖比較了在紫外激發下由溴化銫鉛 (CsPbBr 3 )-氯化鉛銫 (CsPbCl 3 ) 異質結半導體（上圖）和碘化鉛銫 (CsPbI 3 )-溴化銫鉛-氯化鉛 (底部面板）在紫外激發下的紅色、藍色和綠色配置。圖片來源：Letian Dou/伯克利實驗室和 Connor G. Bischak/加州大學伯克利分校.

這項新技術的支柱是使用鹵化物鈣鈦礦納米線異質結，它由離子鍵的晶格結構組成，而不是像傳統半導體那樣的共價鍵。被稱為“軟”半導體的離子鍵比“更硬”的共價鍵更容易操作。

在pnas.org上發表的報告中，伯克利實驗室材料科學部的高級教授楊培東說：“使用無機鹵化物鈣鈦礦，我們可以輕松地交換離子鍵中的陰離子，同時保持材料的單晶性質。這使我們能夠輕松地重新配置材料的結構和組成。這就是為什么鹵化物鈣鈦礦被認為是軟晶格半導體。相比之下，共價鍵相對穩健，需要更多的能量來改變。我們的研究基本上表明，我們幾乎可以改變這種軟半導體任何部分的組成。”

這意味著研究人員能夠使用具有陰離子交換化學的納米制造技術將銫鉛鹵化鈣鈦礦的鹵離子交換為溴化銫或氯化銫，從而改變顏色發射。交換陰離子所需的特殊化學浸泡也可以在標準實驗室室溫下進行，不需要其他半導體工藝所需的精密高溫熱控制和真空環境。

“這是一個簡單的過程，而且很容易擴大規模，”楊說。“你不需要在潔凈室里呆很長時間，也不需要高溫。”?

這一發現的重要方面是研究人員聲稱他們能夠在整個可見光譜范圍內“調整”材料，也許最重要的是，這項技術的處理可能比標準膠體半導體簡單得多。這可能意味著這些軟半導體可以以相對更高的產量和更少的加工步驟制造，這可能意味著更低的成本和更少的浪費。

“對于傳統的半導體來說，制造結非常復雜和昂貴，”楊的實驗室和研究的博士后研究員、共同主要作者竇樂天在報告中說。“通常涉及高溫和真空條件來控制材料的生長和摻雜。精確控制材料的成分和性能也具有挑戰性，因為傳統的半導體由于強共價鍵而變得堅硬。”

盡管該材料仍需要大量開發，其中包括改進的分辨率和作為電路組件的集成/表征，但該材料顯示出早期的前景。這種方法還與許多高度宣傳、研究和現有技術競爭。如果該材料甚至可以提供與當前技術相當的顯示器、二極管和晶體管性能，但提供更高的產量和更低的加工成本，那么具有鹵化物鈣鈦礦異質結的軟半導體可能會在未來的智能手機、智能手表、增強現實和虛擬現實顯示器中找到它們的用途技術以及許多其他照明和電子應用。

審核編輯 黃昊宇