中国半导体十大研究进展候选推荐（2022-010）——基于钙钛矿量子线阵列的大面积平面和球形发光二极管
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工作简介
自然界中的大多数光源，远及闪闪繁星，近至点点飞萤，明如炎炎赤日，暗似幽幽烛火，都具有三维立体（3D）的几何形状。这使得它们在许多方面都优于人工制造的平面光源，尤其是在亮度分布的空间均匀性方面。然而，目前主流的发光显示技术，例如有机发光二极管（OLED）、量子点发光二极管（QLED）和液晶显示（LCD）等，均与3D基板不兼容。因此，迄今为止还没有3D LED被展示出来。同时，对于传统的钙钛矿LED器件制备工艺（溶液旋涂法），钙钛矿成膜的不均匀性以及材料的不稳定性大大地限制了基板尺寸，使得制造出大面积或非平面LED器件具有巨大的挑战。
图1. 在各种基底生长的钙钛矿量子线阵列的荧光照片以及量子线LED的示意图。
鉴于此，香港科技大学范智勇教授团队及其合作者开发出了一套崭新的器件制备工艺，利用近空间气相反应在疏水的多孔氧化铝模板中制备得到了具有较高光致发光效率（92%）以及超高稳定性（大气环境下的TPL50约5,644小时）的钙钛矿量子线阵列。此生长方法具有高度的普适性（如图1所示）。一方面，钙钛矿量子线的化学组分可以随意调控，使其光致发光波段可以覆盖整个可见光范围。另一方面，其在大面积（如4英寸晶圆大小）的刚性、柔性、平面以及3D衬底上均具有超高均匀性。更进一步，研究团队基于此钙钛矿量子线阵列制备得到了高性能平面以及世界首个3D球形LED器件（如图2所示）。其平面小尺寸器件在大气环境下，可实现最高31,667 cd m-2的亮度及16.9小时的工作寿命（100 cd m-2的初始亮度，交流驱动）。而其平面的大尺寸（4英寸晶圆大小）器件则具有非常高的均匀性，为今后的大面积显示应用提供了新途径。同时，其独特的3D球形LED器件在4π空间具有非常均匀的亮度分布，完美地解决了传统平面器件在空间亮度分布上的弊端。显然，此研究报道的钙钛矿量子线阵列及其LED器件有望成为下一代照明显示材料与器件的有利竞争者。
图2. 基于钙钛矿量子线阵列的4英寸晶圆大小及3D球形LED器件. a 和 b, 4英寸晶圆级LED器件的结构示意图和电致发光图. c-d, 3D球形LED器件的结构示意图、电致发光图和空间亮度分布图。
相关研究成果于2022年3月31日以“Large-scale planar and spherical light-emitting diodes based on arrays of perovskite quantum wires”为题发表在Nature Photonics上。张大全博士为论文第一作者，张千鹏博士为论文第二作者，范智勇教授为唯一通讯作者，香港科技大学为唯一通讯单位，合作单位有南方科技大学、瑞典隆德大学、香港城市大学、中山大学。
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作者简介
通讯作者
范智勇，香港科技大学电子与计算机工程系正教授，博导。香港青年科学院创始院士，香港科大智能传感器与环境技术中心主任，香港科大材料表征中心副主任，香港科大能源学院创始成员，科技部香港科大先进显示与光电子技术国家重点实验室核心成员，粤港澳智能微纳光电联合实验室副主任，英国皇家化学会（RSC）会士，IEEE资深会员，MRS、SPIE会员，中国材料学会、中国化学会会员。中国材料研究会纳米材料与器件分会创会理事，纳米与能源青年论坛创会共同主席，中关村京港澳青年创业导师。
1998年和2001年于复旦大学获得材料科学学士和硕士学位，2006年于加州大学欧文分校获材料科学博士学位。2007~2010年于加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学系以及劳伦斯伯克利国家实验室任博士后研究员。2010年加入香港科技大学。曾获得多项奖项，包括美国南加州华人科学家工程师协会奖、加州大学伯克利传感器中心杰出研究报告奖、香港科大工院青年研究员奖、香港科大工院杰出研究奖、香港科大校长奖及创新奖、香港科大百万港币创业大赛冠军奖、山东省自然科学二等奖等。研究兴趣集中在仿生微纳电子及光电器件、传感器和能源技术领域。迄今在Nature, Nature Materials, Nature Photonics, Nature Communications, Science Advance, PNAS, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Letters等期刊发表了200多篇学术论文，引用次数~23,000，H指数80（谷歌学术），为2018科睿唯安高引作者。曾任Science Bulletin副主编，现为Journal of Semiconductors副主编，EcoMat, The Innovation 等期刊编委。同时为Nature, Science, Nature Photonics, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Science Advances等期刊的审稿人。
第一作者
张大全，香港科技大学电子与计算机工程系博士后。
2014年于武汉大学物理科学与技术学院获学士学位。2014年9月至2020年1月，在香港科技大学范智勇教授的指导下攻读博士学位，毕业后，继续在范教授组中担任博士后至今。主要围绕钙钛矿纳米线/量子线的可控生长、物理化学性质表征及其光电器件的应用进行学术研究。在国际著名期刊（包括Nature, Nature Photonics, Nature Communications, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Letters等）上发表SCI论文26篇，总引用1400余次，h因子和i10因子分别为16和20（Google Scholar统计），4篇曾入选ESI热点或高被引论文，6篇引用次数过百。其中，第一/共同第一作者身份的文章7篇，包括Nature Photonics，Nano Letters，Advanced Energy Materials等。同时，还拥有两项已授权中国发明专利，分别为第一和第四发明人。
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原文传递
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《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。
“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》于2020年初启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
JOSarXiv预发布平台简介：
半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！
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