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不需要可能引入傳統(tǒng)的光刻圖案化步驟

（映維網(wǎng)Nweon?2023年07月17日）因其優(yōu)越的光電性能和在高性能太陽能電池、發(fā)光二極管和激光器等器件中的潛在應用，鹵化物鈣鈦礦引起了人們的大量關注。

這類材料已經(jīng)在很大程度上應用于薄膜或微米尺寸的器件中。然而，實現(xiàn)集成依然具有挑戰(zhàn)性，因為這種微妙的材料可能會遭到傳統(tǒng)的制造和圖案技術破壞。

為了克服這一障礙，MIT麻省理工學院的研究人員創(chuàng)造了一種可以在需要的位置生長單個鹵化物鈣鈦礦納米晶體，并精確控制位置的技術，誤差小于50納米。納米晶體的尺寸同樣可以通過所述技術精確控制。這一點很重要，因為尺寸會影響它們的特性。由于材料是本地生長，具有所需的特征，所以不需要可能引入傳統(tǒng)的光刻圖案化步驟。

值得一提的是，所述技術可擴展，并且與傳統(tǒng)的制造步驟兼容，因此可以令納米晶體集成到功能納米級器件中。研究人員利用這種材料制造了納米級發(fā)光二極管陣列，一種當電激活時發(fā)光的微小晶體。

MIT指出，這種陣列可以應用于增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的高密度、高分辨率顯示器，以及其他領域。

名為《On-site growth of perovskite nanocrystal arrays for integrated nanodevices》的論文已經(jīng)發(fā)表到《Nature Communications》。

論文作者表示：“正如我們的研究所表明，開發(fā)新的工程框架將納米材料集成到功能性納米器件中至關重要。通過超越納米制造、材料工程和設備設計的傳統(tǒng)界限，這種技術可允許我們在極端的納米尺度上操縱物質(zhì)，幫助我們實現(xiàn)對滿足新興技術需求至關重要的非常規(guī)設備平臺?！?/p>

微小的晶體，巨大的挑戰(zhàn)

對于傳統(tǒng)的納米級制造技術，將鹵化物鈣鈦礦集成到片上納米級器件中極其困難。一種方法是使用光刻工藝制作易碎的鈣鈦礦薄膜，而這需要可能損壞材料的溶劑。在另一種方法中，首先是在溶液中形成較小的晶體，然后從溶液中取出并以所需的模式放置。

研究人員指出：“這兩種方法都缺乏控制、分辨率和集成能力，限制了材料擴展到納米器件的方式?！?/p>

所以，MIT團隊開發(fā)了一種在精確的位置“生長”鹵化物鈣鈦礦晶體的方法。

所述工藝的核心是定位納米晶體生長中使用的溶液。為了做到這一點，他們創(chuàng)造了一個包含小孔的納米級模板。他們修改模板的表面和空的內(nèi)部，控制一種稱為“潤濕性”的特性，這樣含有鈣鈦礦材料的溶液就不會聚集在模板表面，而是限制在孔內(nèi)。

概括來說，他們研發(fā)了一個可以控制鹵化物鈣鈦礦納米晶體陣列的尺寸，數(shù)量和位置，同時確保與器件集成過程的兼容性的自下而上平臺。所述方法使用一種由不對稱表面潤濕性井組成的光刻圖型topographical template來限制納米晶體的生長。他們使用模板幾何形狀和表面潤濕來誘導局部定向力，從而在生長過程中進一步引導納米晶體定位，從而超越傳統(tǒng)的光刻技術建立的極限。

研究人員指出：“現(xiàn)在，你有了這種非常小而確定的反應堆，而材料可以在其中生長?！?/p>

事實就是如此。他們將含有鹵化物鈣鈦礦生長材料的溶液涂在模板上，隨著溶劑的蒸發(fā)，材料生長并在每個孔中形成微小的晶體。

利用這種技術，團隊展示了可擴展的銫溴化鉛CsPbBr3納米晶體陣列，其尺寸可調(diào)至<50 nm，定位精度<50 nm。?一種通用的和可調(diào)的技術

研究人員發(fā)現(xiàn)，孔的形狀在控制納米晶體定位方面起著關鍵作用。如果使用方形孔，由于納米級力的影響，晶體有相同的機會放置在每個孔的四個角上。對于特定應用來說，這可能已經(jīng)足夠好，但對于其他應用來說，需要在納米晶體放置方面有更高的精度。

通過改變孔的形狀，研究人員能夠設計納米級的力，使晶體優(yōu)先放置在所需的位置。

當溶劑在孔內(nèi)蒸發(fā)時，納米晶體會經(jīng)歷一個壓力梯度，從而產(chǎn)生一個定向力，并通過孔的不對稱形狀來確定準確的方向。

團隊表示：“這使得我們不僅在生長方面，而且在納米晶體的放置方面都具有非常高的精度?！?/p>

他們同時發(fā)現(xiàn)他們可以控制孔內(nèi)形成的晶體的大小。改變孔的大小，允許或多或少的生長溶液進入，產(chǎn)生或大或小的晶體。

他們通過制造精確的nanoLED陣列證明了他們技術的有效性。在這種方法中，每個納米晶體制成一個發(fā)光的納米像素。這種高密度nanoLED陣列可用于增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實應用的高分辨率顯示器，以及其他用例。

相關論文：

On-site growth of perovskite nanocrystal arrays for integrated nanodevices

https://paper.nweon.com/14566

在未來，研究人員希望探索這種微小光源的更多潛在應用。他們同時想測試設備的最小極限，并努力將它們有效地整合到量子系統(tǒng)中。除了納米級光源之外，所述工藝同時為開發(fā)基于鹵化物鈣鈦礦的片上納米器件開辟了其他機會。

研究人員補充道：“通過高通量方法研究納米級材料通常需要材料精確地定位和設計在這種規(guī)模上。通過提供局部控制，我們的技術可以改善研究人員調(diào)查和調(diào)整材料特性的方式，從而適應不同的應用。”

所述技術同時為研究人員在單個納米晶體水平上研究材料提供了一種更簡單的方法，而他們希望這可以激勵其他人對這種和其他獨特材料進行更多的研究。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/110379