与传统LCD、OLED平板显示相比，微型发光二极管（Micro LED）具有小尺寸（小于50μm）、高亮度、高对比度、低功耗和长寿命的优势，被认为是显示技术的终极方案，在增强现实（AR）/虚拟现实（VR）显示、高端电视和智能穿戴设备等领域商用价值巨大。AR/VR的高分辨率Micro LED微显示对驱动背板的集成度提出了极高的要求，因此目前Micro LED微显示的驱动背板主要基于硅基CMOS技术，制造成本昂贵。而传统的低温多晶硅（LTPS）和金属氧化物薄膜晶体管在驱动性能、制造工艺和成本等方面仍然存在挑战，难以满足实际需求。近年来，新型二维半导体TFT技术（如MoS2）也在向Micro-LED微显示应用方向发展，但目前受材料生长和转移技术的限制，难以实现规模化制备。碳纳米管薄膜晶体管（CNT-TFT）具有高载流子迁移率、高电流驱动能力、高集成度的优势。近年来随着高纯度半导体碳纳米管薄膜规模化制备技术逐步成熟和CNT-TFTs大规模低温制备工艺的进步，CNT-TFT技术被认为有望在Micro-LED显示领域取得实际应用。
北京大学碳基电子学研究团队联合山西北大碳基薄膜电子研究院和南京大学，开发CNT-TFT驱动的Micro-LED微显示技术，通过引入Al2O3/SiO2栅介质叠层以及Y2O3/SiO2/PI钝化层，优化了CNT-TFTs的电学性能。采用通常紫外光刻制备的沟道长度3μm的CNT-TFTs开态电流达10μA/μm，迁移率达27cm2/(V∙s)，可用于数百PPI（pixel per inch）分辨率的Micro-LED显示驱动；沟道长度的0.5μm器件开态电流达到80μA/μm、迁移率达到40cm2/(V∙s)，可实现数千PPI分辨率的Micro-LED微显示。研究团队利用一种基于铟柱的共晶键合工艺，实现了2T1C CNT-TFT驱动背板和Micro-LED芯片的异质集成，键合成功率可达100%。团队开发了针对CNT-TFT驱动背板的像素驱动电路和外围控制电路，能够支持脉冲幅度调制（PAM）和脉冲宽度调制（PWM）两种驱动方式，成功制备并演示了首个碳纳米管有源矩阵背板驱动的Micro-LED微显示器，可实现静态和动态图像显示，被审稿人评价为“迄今为止展示的性能最强的碳纳米管驱动的LED显示器”，展示了碳纳米管在先进显示驱动技术中的应用潜力。
相关成果以题为“碳纳米管有源矩阵背板驱动的Micro-LED微显示器”(Micro-LED MicroDisplays Driven by Carbon Nanotube Active-Matrix Backplanes)的论文，于2025年6月13日在线发表于《ACS Nano》。北京大学博士生黎怡、南京大学博士后郭焱为共同第一作者，北京大学电子学院、碳基电子学研究中心、山西北大碳基薄膜电子研究院梁学磊教授和曹宇副研究员，南京大学电子科学与工程学院、江苏省先进光子与电子材料重点实验室周玉刚教授为共同通讯作者。
上述研究得到国家自然科学基金、山西省科技重大专项计划、国家重点研发计划以及江苏省重点研发计划项目的资助。本项工作还得到了固态照明与节能电子学协同创新中心以及江苏省高等教育机构优先学科发展项目的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c00672
