隨著工藝技術水平的發展和應用需求的不斷提高，對于無機半導體LED 的研究趨于微型化、陣列化、集成化及柔性化。柔性光電子器件的研究擴展了傳統無機半導體光電器件的應用領域，具有柔性化及集成化優勢的柔性LED 微陣列引起了國內外研究團隊廣泛關注。柔性LED 微陣列通過對器件結構的特殊設計和制備工藝的選擇，克服了機械性能的限制，器件具備柔韌性及適應性，具有可撓性好、可貼附在任意曲面或不規則物體表面的特點。
柔性電子技術是材料科學、力學、熱學及光電子學等多學科交叉的新興科研方向，在傳統半導體制作工藝基礎上，通過對應用材料的力學、熱學和光電特性的優化分析，從而提出新結構或新方法，是柔性電子器件或系統的設計和研制常規路線。Arokia Nathan 等于2012 年展望了柔性電子器件及系統在技術發展中可能遇見的材料、設計、工藝技術等方面的問題，以及未來柔性電子的主要應用方向，圖1.1 展示了涉及的材料及應用領域。可用于柔性電子系統的材料不僅包括了硅、鍺等傳統半導體材料和鋁、銀等工業化標準的金屬，也包含了納米線、量子點、納米管、石墨烯等新興低維材料。通過優化柔性電子系統中的關鍵元件(如傳感器、二極管、薄膜晶體管等)或功能部分(如柔性基底、連接電極、封裝層等)的材料、結構設計及制備工藝方法，可使柔性電子器件或系統的應用領域涵蓋顯示、醫療保健、工業自動化、人機交互、移動通信及網絡、能源存儲等多方面。
伴隨著社會信息化的加速，對高速化、智能化電子器件需求的增長，以及科研投入的不斷增長，不同柔性電子系統研究成果層出不窮，其中具有代表性的成果如圖1.2 所示：(a)附于皮膚上的多功能表皮電子系統；(b)制作于塑料膜上的超薄硅基電路；(c)可伸展和折疊的硅基CMOS 集成電路；(d)可以像紙一樣褶皺的觸覺傳感器；(e)基于印刷電子技術的多功能柔性觸覺及溫度傳感器；(f)基于電化學驅動晶體管的壓電式壓力傳感器；(j)大面積高亮度柔性白光有機發光二極管；(h)具有自相似蜿蜒電極結構的高性能鋰離子柔性電池；(i)彈性基底上制作的無機光電探測器陣列。
柔性無機LED微陣列器件的發展現狀
無機半導體柔性LED 微陣列器件，不僅具有無機半導體發光材料諸如光電轉換效率高、壽命長、響應快、耗能低和波長固定等優勢，同時具有微陣列器件高分辨率、高對比度、微型化的特點，而且其拉伸或彎曲特征增強了其環境適應性并擴展了應用范圍。國內外研究人員提出了不同方法制作微型柔性無機LED器件。
柔性基底上生長納米結構LED
波特蘭州立大學Athavan Nadarajah 等在2007 年報道了通過柔性透明基底上生長半導體納米結構制作的柔性LED，其結構如圖1.10(a)所示。濺射了氧化銦錫(ITO)的透明PET 薄片作為支撐基底，單晶ZnO 納米線垂直生長于ITO 層，納米線的長度約2μm，直徑在70nm 到120nm 之間。清潔處理后，納米線嵌入絕緣聚苯乙烯膜中，并利用等離子體刻蝕處理聚苯乙烯表面。PEDOT：PSS 和金膜作為LED 的陽極電極。單晶ZnO 納米線是有源結構，聚合物提供了柔性支撐，并且ZnO 納米線能夠穩定地附著在基底上。如圖1.10(b)，ZnO 納米線附著于彎曲半徑小于10μm 的金膜上。
韓國首爾大學Chul-Ho Lee 等于2011 年研究了在石墨烯膜上直接生長GaN/ZnO 同軸納米線的方法制作柔性LED，GaN/ZnO 同軸納米線的結構如圖1.11(a)所示。為保證納米線的晶體質量和尺寸，使用了化學氣相沉積合成在銅箔上的石墨烯薄膜作為晶體沉積層。在石墨烯薄膜上直接生長的ZnO 納米線的密度為108-109cm−2，間距約為1μm。ZnO 納米柱的結構參數和密度適合制作獨立的同軸異質結LED 納米柱。在ZnO 納米柱表面依次制作n-GaN，InxGa1–xN/GaN多層量子阱和p-GaN 層形成LED 結構。Ni/Au 薄膜沉積在p-GaN 表面作為獨立的歐姆接觸，并在納米柱間填充絕緣材料。去除材料生長時的支撐基底后，將石墨烯膜上的LED 轉移到附著銅膜的PET 基底上，并制作石墨烯膜與絕緣基底的電學連接。器件樣品在不同彎曲半徑及注入電流時的工作狀態分別如圖1.10(b) 和圖1.11(c)。石墨烯膜上直接生長無機半導體異質結探索了制作非常規無機半導體光電子器件的方法，結合了無機半導體納米結構和石墨烯二者的優勢。
2015 年，巴黎第十一大學的Xing Dai 和Nan Guan 等利用金屬有機氣相沉積(MOCVD)方法制備了大面積InGaN/GaN 基納米線柔性LED。LED 納米線的結構如圖1.12(a)所示，各層材料從內至外依次為n-GaN、InGaN/GaN 多層量子阱及p-GaN，。嵌在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的LED 納米線陣列利用銀納米線作為透明電極，并與其生長基底分離。藍光InGaN/GaN 基納米線柔性LED 器件的閾值電壓約為3V，漏電流很小。在沒有保護性封裝情況下，經過半徑為3mm 的彎曲或者一個月的靜置，器件的發光性能沒有退化(圖1.12(c))。將兩層LED 納米線薄膜集成為雙層柔性LED，單獨驅動的每層InGaN/GaN。因每層LED 材料中的In 含量不同，雙層柔性LED 分別發出綠光和藍光。雙層LED 納米線薄膜同時工作可以獲得更寬的光譜，如圖1.12(b)。這一方法可用來為制作柔性納米線白光顯示器件。在PDMS 中混合納米熒光粉(摻鈰釔鋁石榴石，YAG：Ce)后，柔性LED 納米線膜的發光光譜范圍(400nm-700nm)幾乎覆蓋了整個可見光區，并且在彎曲半徑為5mm 時沒有表現出性能衰退，如圖1.12(d)。
納米結構柔性LED 器件在注入電流及發光效率等方面具有優勢，但在LED單元的一致性、周期性方面有待進一步改善。具有規則陣列并實現納米LED 單元單獨尋址的納米結構柔性LED 器件在柔性光電子應用領域有著廣闊前景。
（參考文獻：方士偉，柔性AlGaInP-LED 微陣列器件設計及制作技術研究【D】，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，2022）
