從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)院肖正國(guó)教授研究組在制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦單晶LED領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)利用空間限制法生長(zhǎng)出高質(zhì)量、大面積、超薄的鈣鈦礦單晶，并首次制備出亮度超過(guò)86000坎德拉每平方米、壽命高達(dá)12500小時(shí)的鈣鈦礦單晶LED，向鈣鈦礦LED應(yīng)用于人類照明邁出了重要一步。相關(guān)成果2月27日發(fā)表于《自然—光子學(xué)》。

   金屬鹵化物鈣鈦礦因其發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào)、發(fā)光半峰寬窄、可低溫制備等特性成為新一代LED顯示與照明材料。目前，基于多晶薄膜的鈣鈦礦LED的外量子效率已超過(guò)20%，可以媲美商用有機(jī)LED。近年來(lái)，報(bào)道的絕大多數(shù)高效率鈣鈦礦LED器件的壽命在數(shù)百到數(shù)千小時(shí)不等，仍落后于有機(jī)LED。

   離子移動(dòng)、載流子注入不平衡、運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱等因素均會(huì)影響器件穩(wěn)定性。此外，多晶鈣鈦礦器件中嚴(yán)重的俄歇復(fù)合也限制了器件的亮度。

圖示：空間限制法生長(zhǎng)單晶示意圖（a），單晶的顯微鏡圖（b），鈣鈦礦單晶LED的器件結(jié)構(gòu)（c），鈣鈦礦單晶LED性能表征（d-f）。

   針對(duì)這些難題，肖正國(guó)課題組利用空間限制法在襯底上原位生長(zhǎng)鈣鈦礦單晶，再通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)條件，引入有機(jī)胺和聚合物，有效提升了晶體質(zhì)量，從而制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄單晶，最小厚度僅為1.5微米，表面粗糙程度小于0.6納米，內(nèi)部熒光量子產(chǎn)率達(dá)到90%。以薄單晶作為發(fā)光層，研究人員制備出鈣鈦礦單晶LED器件，其外量子效率達(dá)到11.2%，亮度超過(guò)86000坎德拉每平方米，壽命高達(dá)12500小時(shí)。這也就意味著鈣鈦礦單晶LED初步達(dá)到商業(yè)化門檻，成為目前穩(wěn)定性最 好的鈣鈦礦LED器件之一。

   此次研究工作充分展示了使用鈣鈦礦薄單晶作為發(fā)光層是解決穩(wěn)定性問(wèn)題的可行方案，以及鈣鈦礦單晶LED在人類照明和顯示領(lǐng)域的巨大前景。