Wetenschap
Direct laserschrijven op halogenide perovskieten:van mechanismen tot toepassingen
Metaalhalide-perovskieten zijn welverdiende ‘ster’-materialen geworden onder een verscheidenheid aan halfgeleiders vanwege hun uitstekende opto-elektronische eigenschappen, zoals hoge fotoluminescentie (PL) kwantumopbrengst (QY), hoge absorptiecoëfficiënt, afstembare bandafstanden, lange dragerdiffusielengtes en hoge defecttolerantie, die enorme aandacht trekt van zowel de academische wereld als de industrie.
Ondertussen is direct laserschrijven (DLW), gebaseerd op de interactie tussen licht en materie, een efficiënte, contactloze, maskervrije en diepte-opgeloste micropatroontechniek. Het wordt doorgaans uitgevoerd door een laserstraal te koppelen aan een microscoop met hoge resolutie om het uitgangsbrandpunt te minimaliseren. De resolutie van DLW is afhankelijk van de diameter van het uitgangsbrandpunt en de drempelrespons van het materiaal.
Afhankelijk van de fabricagemechanismen en materiaaldrempelreacties ligt de beste resolutie gewoonlijk tussen enkele en enkele honderden nanometers. Het onderzoek naar DLW verdiept ook het fundamentele begrip van de interactiemechanismen tussen licht en perovskieten, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor het ontwerpen van opto-elektronische apparaten met verbeterde prestaties.
In een overzichtsartikel gepubliceerd in Light:Advanced Manufacturing heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Zhixing Gan van het Center for Future Optoelectronic Functional Materials, Nanjing Normal University, China, en collega's de recente onderzoeksvoortgang van DLW op perovskieten samengevat.
De concrete interactiemechanismen tussen laser en perovskiet zijn onderverdeeld in zes delen, waaronder laserablatie, lasergeïnduceerde kristallisatie, lasergeïnduceerde ionenmigratie, lasergeïnduceerde fasesegregatie, lasergeïnduceerde fotoreactie en andere door laser geïnduceerde overgangen.
Vervolgens concentreren ze zich op de toepassingen van deze perovskieten met micro-/nanopatronen en array-structuren, zoals beeldschermen, optische informatie-encryptie, zonnecellen, LED's, lasers, fotodetectoren en vlakke lenzen. De voordelen van de patroonstructuren worden benadrukt. Ten slotte worden de huidige uitdagingen voor DLW op perovskieten aangepakt en worden ook perspectieven op hun toekomstige ontwikkelingen naar voren gebracht.
Lasers zijn een uitstekend hulpmiddel voor het manipuleren, fabriceren en verwerken van nano-/microstructuren op halfgeleiders met unieke voordelen van hoge precisie, contactloze, eenvoudige bediening en maskervrij. DLW gebaseerd op verschillende interactiemechanismen tussen laser en perovskieten is ontwikkeld vanwege de speciale structuur van perovskieten.
Het gedetailleerde interactiemechanisme hangt gevoelig af van de laser, zoals golflengte, puls/CW, vermogen en herhalingssnelheid, en biedt daarom een flexibel en krachtig hulpmiddel om de perovskieten te verwerken met nauwkeurig gecontroleerde nano- of microstructuren. De grote verscheidenheid aan interactiemechanismen bepaalt het grote potentieel van de DLW voor verschillende toepassingen in de micro-elektronica, fotonica en opto-elektronica.
Goedkopere en flexibel regelbare fabricagelasers, samen met de superieure opto-elektronische eigenschappen van perovskiet, zullen een groot toepassingspotentieel voor DLW op perovskieten opleveren. Momenteel bevindt het zich nog in de kinderschoenen, waarbij wordt geanticipeerd op een enorme bloei van zowel fundamenteel onderzoek als de vraag van de industrie in de nabije toekomst.
Voor de toekomstige ontwikkeling van DLW op perovskieten moeten enkele cruciale technische knelpunten worden opgelost, zoals de resolutie van de DLW-techniek, de bestaande tijd van gescheiden fasen en de micropatroontechniek op flexibele substraten, enz. De toepassingen van perovskieten bestrijken bijna allerlei opto-elektronische en fotonische gebieden, zoals een enkele fotonbron, micro-/nanolasers, fotodetectoren, optische poorten, optische communicatie, golfgeleider en niet-lineaire optica.