Direktes Laserschreiben auf Halogenidperowskiten: vom Mechanismus bis zur Anwendung

Metallhalogenid-Perowskite sind aufgrund ihrer hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften wie Photolumineszenz (PL), Quantenausbeute (QY), hohem Absorptionskoeffizienten, einstellbaren Bandlücken, langen Trägerdiffusionslängen und hohem Absorptionsgrad zu wohlverdienten „Star“-Materialien unter einer Vielzahl von Halbleitern geworden Fehlertoleranz, die in Wissenschaft und Industrie große Aufmerksamkeit erregt.

Mittlerweile ist das direkte Laserschreiben (DLW), das auf der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie basiert, eine effiziente, kontaktlose, maskenlose und tiefenaufgelöste Mikrostrukturierungstechnik. Dies erfolgt üblicherweise durch die Kopplung eines Laserstrahls mit einem hochauflösenden Mikroskop, um den Ausgabebrennpunkt zu minimieren. Die Auflösung des DLW hängt vom Durchmesser des Ausgangsbrennpunkts und der Ansprechschwelle des Materials ab.

Abhängig von den Herstellungsmechanismen und Schwellenreaktionen des Materials liegt die beste Auflösung im Allgemeinen zwischen einigen hundert Nanometern und einigen hundert Nanometern. Die DLW-Forschung vertieft außerdem das grundlegende Verständnis der Wechselwirkungsmechanismen zwischen Licht und Perowskiten und ebnet den Weg für die Entwicklung optoelektronischer Geräte mit verbesserter Leistung.

In einem Übersichtsartikel veröffentlicht in Licht: fortschrittliche FertigungEin Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Zhixing Gan vom Center for Future Optoelectronic Functional Materials der Nanjing Normal University, China, und Kollegen fasste die jüngsten Fortschritte in der DLW-Forschung zu Perowskiten zusammen.

Die konkreten Wechselwirkungsmechanismen zwischen Laser und Perowskit werden in sechs Teile eingeteilt, darunter Laserablation, laserinduzierte Kristallisation, laserinduzierte Ionenmigration, laserinduzierte Phasentrennung, induzierte Photoreaktion durch Laser und andere laserinduzierte Übergänge.

Anschließend konzentrieren sie sich auf Anwendungen dieser Perowskite mit Mikro-/Nanomustern und Matrixstrukturen, beispielsweise für Displays, optische Informationsverschlüsselung, Solarzellen, LEDs, Laser, Fotodetektoren und Planlinsen. Die Vorteile gemusterter Strukturen werden hervorgehoben. Abschließend werden aktuelle Herausforderungen im Zusammenhang mit DLW auf Perowskiten angesprochen und auch Perspektiven auf deren zukünftige Entwicklungen dargelegt.

Laser sind ein hervorragendes Werkzeug zur Manipulation, Herstellung und Bearbeitung von Nano-/Mikrostrukturen auf Halbleitern mit den einzigartigen Vorteilen hoher Präzision, Kontaktlosigkeit, einfacher Handhabung und Maskenlosigkeit. Aufgrund der besonderen Struktur von Perowskiten wurde DLW entwickelt, das auf unterschiedlichen Wechselwirkungsmechanismen zwischen Laser und Perowskiten basiert.

Der detaillierte Interaktionsmechanismus hängt stark vom Laser ab, wie z. B. Wellenlänge, Puls/CW, Leistung und Wiederholungsrate, und stellt somit ein flexibles und leistungsstarkes Werkzeug zur Verarbeitung von Perowskiten mit Nano- oder präzise kontrollierten Mikrostrukturen dar. Die große Vielfalt an Wechselwirkungsmechanismen bestimmt das große Potenzial von DLW für verschiedene Anwendungen in der Mikroelektronik, Photonik und Optoelektronik.

Kostengünstigere und flexibel steuerbare Herstellungslaser sowie die überlegenen optoelektronischen Eigenschaften von Perowskiten werden ein großes Anwendungspotenzial für DLW auf Perowskiten mit sich bringen. Derzeit steckt es noch in den Kinderschuhen und in naher Zukunft wird mit einem enormen Boom der Grundlagenforschung und der industriellen Nachfrage gerechnet.

Für die zukünftige Entwicklung von DLW auf Perowskiten müssen einige entscheidende technische Engpässe gelöst werden, wie z. B. die Auflösung der DLW-Technik, die bestehende Zeit der getrennten Phasen und die Mikrostrukturierungstechnik auf flexiblen Substraten usw. Die Anwendungen von Perowskiten umfassen nahezu alle Arten von optoelektronischen und photonischen Bereichen, wie z. B. Einzelphotonenquellen, Mikro-/Nanolaser, Fotodetektoren, optische Tore, optische Kommunikation, Wellenleiter und nichtlineare Optik.