北大研發(fā)出首款碳納米管背板驅動的Micro LED微顯示器

    與傳統(tǒng)LCD、OLED平板顯示相比，微型發(fā)光二極管（Micro LED）具有小尺寸（小于50μm）、高亮度、高對比度、低功耗和長壽命的優(yōu)勢，被認為是顯示技術的終極方案，在增強現(xiàn)實（AR）/虛擬現(xiàn)實（VR）顯示、高端電視和智能穿戴設備等領域商用價值巨大。AR/VR的高分辨率Micro LED微顯示對驅動背板的集成度提出了極高的要求，因此目前Micro LED微顯示的驅動背板主要基于硅基CMOS技術，制造成本昂貴。而傳統(tǒng)的低溫多晶硅（LTPS）和金屬氧化物薄膜晶體管在驅動性能、制造工藝和成本等方面仍然存在挑戰(zhàn)，難以滿足實際需求。近年來，新型二維半導體TFT技術（如MoS2）也在向Micro-LED微顯示應用方向發(fā)展，但目前受材料生長和轉移技術的限制，難以實現(xiàn)規(guī)�；�制備。碳納米管薄膜晶體管（CNT-TFT）具有高載流子遷移率、高電流驅動能力、高集成度的優(yōu)勢。近年來隨著高純度半導體碳納米管薄膜規(guī)�；�制備技術逐步成熟和CNT-TFTs大規(guī)模低溫制備工藝的進步，CNT-TFT技術被認為有望在Micro-LED顯示領域取得實際應用。

    北京大學碳基電子學研究團隊聯(lián)合山西北大碳基薄膜電子研究院和南京大學，開發(fā)CNT-TFT驅動的Micro-LED微顯示技術，通過引入Al2O3/SiO2柵介質疊層以及Y2O3/SiO2/PI鈍化層，優(yōu)化了CNT-TFTs的電學性能。采用通常紫外光刻制備的溝道長度3μm的CNT-TFTs開態(tài)電流達10μA/μm，遷移率達27cm2/(V∙s)，可用于數(shù)百PPI（pixel per inch）分辨率的Micro-LED顯示驅動；溝道長度的0.5μm器件開態(tài)電流達到80μA/μm、遷移率達到40cm2/(V∙s)，可實現(xiàn)數(shù)千PPI分辨率的Micro-LED微顯示。研究團隊利用一種基于銦柱的共晶鍵合工藝，實現(xiàn)了2T1C CNT-TFT驅動背板和Micro-LED芯片的異質集成，鍵合成功率可達100%。團隊開發(fā)了針對CNT-TFT驅動背板的像素驅動電路和外圍控制電路，能夠支持脈沖幅度調制（PAM）和脈沖寬度調制（PWM）兩種驅動方式，成功制備并演示了首個碳納米管有源矩陣背板驅動的Micro-LED微顯示器，可實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)圖像顯示，被審稿人評價為“迄今為止展示的性能最強的碳納米管驅動的LED顯示器”，展示了碳納米管在先進顯示驅動技術中的應用潛力。

    相關成果以題為“碳納米管有源矩陣背板驅動的Micro-LED微顯示器”(Micro-LED MicroDisplays Driven by Carbon Nanotube Active-Matrix Backplanes)的論文，于2025年6月13日在線發(fā)表于《ACS Nano》。北京大學博士生黎怡、南京大學博士后郭焱為共同第一作者，北京大學電子學院、碳基電子學研究中心、山西北大碳基薄膜電子研究院梁學磊教授和曹宇副研究員，南京大學電子科學與工程學院、江蘇省先進光子與電子材料重點實驗室周玉剛教授為共同通訊作者。

    上述研究得到國家自然科學基金、山西省科技重大專項計劃、國家重點研發(fā)計劃以及江蘇省重點研發(fā)計劃項目的資助。本項工作還得到了固態(tài)照明與節(jié)能電子學協(xié)同創(chuàng)新中心以及江蘇省高等教育機構優(yōu)先學科發(fā)展項目的支持。