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亮点文章 | 2020年第19期

已有 1935 次阅读 2020-11-2 17:37 |系统分类:论文交流

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封面文章

面向显示应用的微米发光二极管外延和芯片关键技术综述

潘祚坚, 陈志忠, 焦飞, 詹景麟, 陈毅勇, 陈怡帆, 聂靖昕, 赵彤阳, 邓楚涵, 康香宁, 李顺峰, 王琦, 张国义, 沈波

物理学报.2020, 69(19): 198501


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随着显示技术的不断发展,高度微型化和集成化成为显示领域主要的发展趋势。微米发光二极管(light-emitting diode,LED)显示是一种由微米级半导体发光单元组成的阵列显示技术,在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和稳定性等方面相比于液晶显示和有机发光二极管显示均具有巨大的优势,应用前景十分广阔,同时也被视为下一代显示技术。目前商用的5G通信技术与显示领域的虚拟现实、增强现实和超高清视频等技术的结合,将进一步推动微米LED显示产业的发展。在面临发展机遇的同时,微米LED显示领域也存在着一些基础科学技术问题需要解决。


本文主要总结了微米LED显示从2000年以来的一些研究进展,重点介绍了微米LED显示在外延生长和芯片工艺两方面存在的主要问题和可能的解决方案。在外延生长方面主要介绍了缺陷控制、极化电场控制和波长均匀性等研究进展,芯片工艺方面主要介绍了全彩色显示、巨量转移和检测技术等进展情况,并对微米LED显示在这两方面的发展趋势进行了讨论。



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图1 在具有和不具有单晶石墨烯/SiO2缓冲层的Si(100)上分别生长单晶GaN薄膜的示意图 (a)在Si(100)上直接生长GaN/AlN, 氮化物在两种不同取向的台面上成核; (b)Si(100)的表面结构; (c)NH3预处理后转移的石墨烯; (d)石墨烯上的AlN成核岛; (e)在AlN成核层上生长的条状GaN; (f)在具有单晶石墨烯/ SiO2缓冲层的Si(100)衬底上生长的单畴GaN薄膜。


同行评价

文章对micro LED芯片的外延技术及存在的问题和进展作了较为细致的综述;对micro LED目前在显示器件中的应用、存在的问题、解决方案作了总结;结合作者及其团队的工作,提出了一些有益的见解并对未来的发展趋势做了进一步展望。文章内容丰富,综述较为全面,对相关研究人员有良好的参考价值。


特邀综述

非贵金属表面增强拉曼散射基底的研究进展

刘小红, 姜珊, 常林, 张炜

物理学报. 2020, 69 (19): 190701


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表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)在分析检测领域中具有重要地位,然而随着其不断发展,贵金属SERS基底在实际应用中受到限制。基于C, Ti, Zn, Cu, Mo, W等非贵金属纳米材料的SERS基底相比于贵金属基底具有更优异的经济性、稳定性、选择性以及生物相容性等,逐渐被广泛研究和应用,并且由于其化学增强占主导的特性,非贵金属基底为SERS化学增强机理的研究提供了理想的平台。本文对近年来非贵金属SERS基底的发展进行了综述,讨论了不同材料的增强机理及SERS性能,并探讨了其未来的研究与发展方向。



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图1 (a) 不同pH下, 4-MBA分子在TiO2基底上的SERS光谱; (b) 4-MBA分子在不同Zn掺杂程度TiO2基底上的SERS光谱; (c) 4-MBA分子在不同体系中的能级图; (d) TiO2球形谐振器(T-rex)的制备流程和T-rex 100样品的SEM图像。


同行评价

SERS领域,金、银等贵金属是研究应用比较广泛的基底材料,相比之下以非贵金属,尤其是半导体材料作为SERS基底是一个新兴研究方向;最近几年,种类繁多的半导体材料已被报道具有SERS活性,但在其增强机制探索、性能提升等方面仍有大量科学问题需要解答。因此,有必要针对这个前沿领域的最新研究进展进行综述归纳。本文述行文规范,条理清晰,对当前以贵金属为主体的SERS基底的发展具有较好的指导意义和参考价值。


编辑推荐

利用飞秒受激拉曼光谱技术研究Pyranine分子激发态质子传递过程

王子钰, 魏景乐, 徐文琪, 姜甲明, 黄逸凡, 刘伟民

物理学报. 2020, 69 (19): 198201


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本文利用共振增强的飞秒受激拉曼光谱技术结合瞬态吸收光谱技术,研究了光致产酸剂Pyranine发色团分子在水溶液中与醋酸根离子之间的光致激发态质子传递过程。实验中观测到了Pyranine发色团在400—1700 cm–1频率范围内去质子化状态下的激发态拉曼振动光谱。同时在920 cm–1 处也观测到了质子化醋酸根离子中激发态碳-碳单键伸缩拉曼振动信号。通过对激发态质子传递中给体和受体的动力学的分析得到了在该条件下的激发态质子传递的速率。



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图1 (a) HPTS (NaAC)和(b) HPTS(pH = 12)两样品的在400−1700 cm–1频率范围内的FSRS光谱图。


同行评价

本论文中将瞬态吸收和受激拉曼技术结合探究了Pyranine发色团分子在水溶液中与醋酸根离子之间的光致激发态质子传递过程。研究方法很先进,实验数据完全可以支持本工作的结论。


编辑推荐

氧化石墨烯褶皱行为与结构的分子模拟研究

陈超, 段芳莉

物理学报. 2020, 69 (19): 193102


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应用反应力场分子动力学方法,模拟了单层氧化石墨烯在径向压缩作用下的褶皱过程,研究了含氧基团(羟基、环氧基)对氧化石墨烯褶皱行为以及褶皱球结构稳定性的影响。当石墨烯仅含羟基时,该类氧化石墨烯呈现出“推进式”的褶皱行为,而当石墨烯仅含环氧基时,该类氧化石墨烯则呈现出片层与片层“贴合式”的褶皱行为。褶皱行为的不同决定了氧化石墨烯最终褶皱球结构的差异。通过分析原子级势能增量分布与C—C成、断键位置之间的关系,发现氧化石墨烯上C—C成、断键主要发生在变形较为严重的区域,且相较于羟基,环氧基对与其连接的C—C键具有更强的削弱作用。为了研究氧化石墨烯褶皱球的结构稳定性,模拟了其在无约束条件下的释放过程。发现氧化石墨烯褶皱球的结构稳定性取决于其中C—C成、断键数量,即C—C成、断键的数量越多,结构越稳定,且在同一氧化率下,褶皱球的结构稳定性随环氧基比例的增大而提高。本研究表明,通过改变氧化石墨烯片层上含氧基团的相对比例,可实现对其褶皱球稳定性的控制。



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图1 (a) 释放开始时刻的碳原子数密度与释放稳定后的ρg值; (b) 释放开始时刻的C—C断键、成键数量 (ϕ = 50%)。


同行评价

本文利用分子动力学模拟,研究氧化石墨烯的褶皱过程,并讨论氧化基团的分布对于褶皱行为的影响。研究结果对基于褶皱氧化石墨烯的纳米材料和摩擦润滑等方面的研究具有一定的参考意义。


编辑推荐 

退火温度调控多层折叠石墨烯力学性能的分子动力学模拟

李兴欣, 李四平

物理学报. 2020, 69 (19): 196102


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退火是石墨烯宏观组装材料常用的制备工艺之一,广泛用于其性能的调控。在石墨烯基材料中,石墨烯片层由于其自身的二维特性通常在微纳米尺度下呈现出多层折叠的结构。然而这种微观结构对材料力学性能退火调控的影响仍未得到充分的了解。为了阐明多层折叠石墨烯力学性能与退火温度间的调控关系,基于分子动力学模拟研究了材料弹性模量、拉伸强度、极限应变以及断裂韧性等关键力学性能参数随退火温度的变化规律,进而结合观察微观结构的演化过程揭示了性能调控现象的物理机制。结果表明:更高的退火温度将增强多层折叠石墨烯的弹性模量与拉伸强度,但同时削弱了其极限应变,并且其断裂韧性能够在一定退火温度范围内实现强化。研究发现,以上力学性能的调控作用归因于更高的退火温度将造成更加密集的层间交联,从而增强了折叠区域层间界面的相互作用,并限制了折叠结构的形态展开,致使结构破坏模式发生转变。



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图1 不同退火温度Ta下多层折叠石墨烯的拉伸应力应变曲线。


同行评价

作者采用分子动力学的方法模拟了不同退火温度对多层石墨烯力学性能的影响。研究结果表明,高退火温度增强多层石墨烯的层间交联,抑制折叠形态的展开,从而提高了弹性模量和拉伸强度。该研究解释了多层石墨烯退火强化弹性模量的机理,论文研究对于深入理解三维石墨烯聚集体的力学性能调控提供了一定的指导。


《物理学报》2020年第19期全文链接

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2020/19

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