Разработана технология изготовления мельчайших светодиодов в мире
В Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zurich) разработали технологию производства наноразмерных OLED-пикселей.
Миниатюризация — ключевой драйвер полупроводниковой отрасли. Стремительный рост производительности компьютеров в недалеком прошлом во многом обусловлен возможностью создавать на кремниевых чипах все более мелкие структуры. Химикам-технологам из ETH Zurich удалось уменьшить размер органических светодиодов (OLED), которые сегодня широко используются в топовых смартфонах и телевизорах, сразу на несколько порядков. Статья о технологии опубликована в журнале Nature Photonics.
Скачок миниатюризации
«Диаметр самых мелких OLED-пикселей, которые нам удалось создать на сегодня, составляет около 100 нанометров — это примерно в 50 раз меньше, чем позволяет современный уровень технологий», — не скрывает гордости Джиу О, аспирант исследовательской группы наноматериалов под руководством профессора ETH Чи-Джен Ши.
«Всего за один шаг мы смогли увеличить максимальную плотность пикселей примерно в 2500 раз», — добавляет его коллега Томмазо Маркато из той же команды.
Для сравнения: вплоть до 2000-х годов темпы миниатюризации компьютерных процессоров следовали закону Мура, согласно которому плотность электронных элементов удваивалась каждые два года.
Экраны, микроскопы и сенсоры
Прежде всего, пиксели 100–200 нм закладывают основу для дисплеев сверхвысокого разрешения, способных формировать очень четкое изображение, например, в очках. Чтобы продемонстрировать это, команда Ши отобразила логотип ETH Zurich. Это лого состоит из 2800 наноOLED и по размеру сопоставимо с человеческой клеткой, причем каждый его пиксель составляет около 200 нанометров (0,2 микрометра).
Кроме того, эти крошечные источники света могут помочь фокусироваться в субмикрометровом диапазоне с помощью микроскопов сверхвысокого разрешения.
«Массив нанопикселей в качестве источника освещения мог бы подсвечивать мельчайшие участки образца — затем отдельные изображения можно было бы объединить на компьютере, чтобы получить картинку с исключительной детализацией, — объясняет профессор.
Он также рассматривает нанопиксели как потенциальные миниатюрные сенсоры, которые могли бы, например, улавливать сигналы от отдельных нервных клеток.
Нанопиксели и волновые эффекты
Наноразмеры также открывают возможности для исследований и технологий, которые раньше были недостижимы, подчеркивает Маркато: «Когда две световые волны одного цвета сближаются на расстояние меньше половины их длины волны — так называемого дифракционного предела — они начинают взаимодействовать».
Для видимого света этот предел составляет от примерно 200 до 400 нанометров, в зависимости от цвета, — а разработанные в ETH наноOLED можно располагать так близко.
Управление направлением и поляризацией света
В первых экспериментах команде Ши удалось с помощью таких взаимодействий целенаправленно изменять направление испускаемого света. Иными словами, наноOLED светили не во все стороны, а только под определенными углами.
«В будущем станет возможным объединять свет от массива наноOLED в одном направлении и использовать его для создания мощных миниатюрных лазеров», — рассчитывает Маркато.
С помощью таких взаимодействий, как уже продемонстрировали исследователи, можно генерировать и поляризованный свет. Сегодня это используется, например, в медицине для дифференциации здоровых тканей от раковых.
Построение из наноOLED фазированных оптических решеток, подобных тем, что широко применяются в радарах, могло бы, среди прочего, помочь ускорить передачу информации в сетях и компьютерах.
Керамическая маска как ключевой элемент
При изготовлении OLED светоизлучающие молекулы осаждают на кремниевые чипы методом термического испарения. Для этого применяют относительно толстую металлическую маску, которая формируют пиксели соответствующего размера. Изобретатели заменили ее на кермическую сетку.
«Нитрид кремния может формировать очень тонкие, но прочные мембраны, которые не провисают на площадях всего в несколько квадратных миллиметров», — объясняет О.
В результате трафарет для нанесения наноOLED пикселей получился примерно в 3000 раз тоньше.
«Еще одно преимущество нашего метода в том, что его легко интегрировать в стандартные литографические процессы производства компьютерных чипов», — подчеркивает О.
Открывая дверь к новым технологиям
Было бы нечестным умолчать об одной ложке дегтя. Эти наноOLED-пиксели включаются и выключаются только все вместе. Сделать индивидуальное управление — программа-максимум исследователей.
«Наша цель — соединить OLED таким образом, чтобы мы могли управлять каждым из них индивидуально», — делится Ши.
И тогда реализуются все вышеозначенные впечатляющие перспективы: и фазированная оптика, и метапиксельная голография. «Это позволило бы создавать трехмерные изображения прямо вокруг зрителя», — резюмирует профессор, заглядывая в будущее.
